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2017 SF Aula03 Ciclos de Potência dos Motores com Pistão O Ciclo Diesel

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Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
28/08/2017 
Curso: Engenharia Mecânica 
Série: 10º Semestre 
Sistemas Fluidotérmicos 
Aula 3 – O Ciclo Diesel 
Segunda 21:00 às 22:40 
 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
28/08/2017 2 2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
1 – Introdução 
O motor a diesel é um motor a combustão interna no qual a ignição do combustível que é 
injetado na câmara de combustão é causada pela alta temperatura que o ar alcança quando 
comprimido. Motores a diesel funcionam comprimindo apenas o ar. Isto eleva a temperatura 
dentro do cilindro de modo que o diesel atomizado que é injetado na câmara de combustão 
entra em ignição. 
Na versão do motor a diesel 
de dois tempos, uma 
pequena perda de eficiência 
também é evitada 
comparada à versão de dois 
tempos à gasolina, uma vez 
que combustível não 
queimado não está presente 
durante o tempo em que os 
tempos de admissão e 
exaustão se sobrepõem, e 
deste modo o combustível 
não queimado não flui 
diretamente para a exaustão. 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
3 28/08/2017 
Na figura 12.16, é apresentado, esquematicamente, o ciclo 
padrão a ar Diesel. Este é o ciclo ideal para o motor a diesel 
que também é conhecido por motor de ignição por 
compressão. 
Neste ciclo, o calor é transferido ao fluido de trabalho à 
pressão constante. Este processo corresponde à injeção e 
queima do combustível no motor a diesel real. Como o gás 
expande durante a transferência de calor no ciclo padrão a 
ar, a transferência de calor deve ser apenas suficiente para 
manter a pressão constante. Quando se atinge o estado 3, a 
transferência de calor cessa e o gás sofre uma expansão 
isoentrópica (processo 3-4) até que o pistão atinja o ponto 
morto inferior. Esta rejeição simula os processos de 
descarga e de admissão do motor real. 
O rendimento do ciclo padrão Diesel é dado pela relação: 
2 – O Ciclo Diesel 
Figura 12-16 – Ciclo padrão 
a ar Diesel. 
𝜂 = 1 −
𝑄𝐿
𝑄𝐻
= 1 −
𝐶𝑣 𝑇4 − 𝑇1
𝐶𝑝 𝑇3 − 𝑇2
= 1 −
𝑇1 𝑇4 𝑇1 − 1
𝑘𝑇2 𝑇3 𝑇2 − 1 
 
Eq. 12.13 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
4 28/08/2017 
É interessante notar que a relação de compressão 
isoentrópica no ciclo Diesel é maior que a relação de 
expansão isoentrópica. E também para um dado estado 
antes da compressão e uma dada relação de compressão 
(isto é, dados os estados 1 e 2), o rendimento do ciclo 
diminui com o aumento da temperatura máxima. Isso é 
evidente analisando-se o diagrama T-s do ciclo. As linhas de 
pressão constante e de volume constante convergem. 
Assim, aumentando-se a temperatura de 3 para 3’, 
necessita-se de uma grande adição de calor (área 3-3’-c-b-
3) e o aumento do trabalho realizado correspondente à 
alteração do ciclo é relativamente pequeno (area 3-3’-4’-4-
3). 
Podemos fazer várias comparações entre os ciclos Otto e 
Diesel, porém mencionaremos apenas duas. Considere o 
ciclo Otto 1-2-3’’-4-1 e o Diesel 1-2-3-4-1, que têm o mesmo 
estado no início do curso de compressão, o mesmo 
deslocamento volumétrico do pistão e a mesma relação de 
compressão. É evidente, pelo diagrama T-s, que o ciclo Otto 
tem um rendimento maior. Entretanto, na prática, o motor a 
diesel pode operar com uma relação de compressão maior 
que a do motor de ignição por centelha. Figura 12-16 – Ciclo padrão 
a ar Diesel. 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
5 28/08/2017 
A razão disso é que num motor de ignição por centelha, 
comprime-se uma mistura ar-combustível e a detonação 
(batida) torna-se um sério problema se for usada uma alta 
relação de compressão. Esse problema não existe no motor 
a diesel porque somente o ar é comprimido durante o curso 
de compressão. 
Portanto, precisamos comparar o ciclo Otto com um ciclo 
Diesel e, em cada caso, selecionar uma relação de 
compressão que pode ser conseguida na prática. Tal 
comparação pode ser feita considerando-se o ciclo Otto 1-2’-
3-4-1 e o ciclo Diesel 1-2-3-4-1. A pressão e a temperatura 
máximas são as mesmas para ambos os ciclos, o que 
signmifica que o ciclo Otto tem uma relação de compressão 
menor que a do ciclo diesel. É evidente, pelo diagrama T-s, 
que nesse caso o ciclo Diesel tem um rendimento maior. 
Assim, as conclusões tiradas entre estes dois ciclos devem 
ser sempre relacionadas às bases em que a comparação é 
feita. 
O ciclo aberto real de ignição por compressão difere do ciclo 
padrão a ar Diesel da mesma maneira que o ciclo aberto de 
ignição por centelha difere do ciclo padrão a ar Otto. 
Figura 12-16 – Ciclo padrão 
a ar Diesel. 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
6 28/08/2017 
Exemplo 12.8 – Um ciclo padrão a ar Diesel apresenta relação de compressão igual a 20 e 
o calor transferido ao fluido de trabalho, por ciclo, é 1800 kJ/kg. Sabendo-se que no início 
do processo de compressão, a pressão é igual a 0,1 MPa e a temperatura é 15 oC, 
determine: 
1. A pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo; 
2. O rendimento térmico; 
3. A pressão média efetiva. 
Figura 12-16 – Ciclo padrão a ar Diesel. 
Sistema: Ar contido no cilindro; 
Diagrama: Figura 12-16; 
Informação do processo: Quatro 
processos conhecidos (Figura 12-16). 
Também sabemos que rv = 20 e 
qH= 1800 kJ/kg. 
Modelo: Gás ideal com calor 
específico constante e avaliado a 
300 K. 
3 – O Ciclo Diesel 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
7 28/08/2017 
Exercício 12.84 – A temperatura e a pressão do ar antes do processo de compressão num 
motor a diesel são iguais a 290 K e 95 kPa. Sabendo-se que a pressão e a temperatura 
máximas no ciclo são iguais a 6 MPa e 2400 K, determine a relação de compressão e a 
eficiência térmica do motor. 
Figura 12-16 – Ciclo padrão a ar Diesel. 
Sistema: Ar contido no cilindro; 
Diagrama: Figura 12-16; 
Informação do processo: Quatro 
processos conhecidos (Figura 12-16). 
Também sabemos que rv = 20 e 
qH= 1800 kJ/kg. 
Modelo: Gás ideal com calor 
específico constante e avaliado a 
300 K. 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel 
Aula 3 – Ciclos de Potência dos Motores com Pistão 
8 28/08/2017 
Borgnakke, C. e Sonntag, R.E., “Fundamentos da Termodinâmica”, 7ª Ed., 
Editora Edgard Blucher, 2010. 
Bibliografia 
2017-SF_Aula03_Ciclo Diesel

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