Módulo 3 Ciclo Diesel

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Sistemas Fluidotérmicos
Ciclo Diesel
(Motores de ignição 
espontânea)
Motor diesel CRD de injeção direta de 2,7 
litros, Jeep Grand Cherokee 2003
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um novo 
motor com ignição espontânea, chamado até 
hoje de motor Diesel.
Combustível Diesel
Contém grande quantidade de hidrocarbonetos 
com ponto de ebulição que variam de 180oC a 
370oC. Ele é o produto da destilação graduada de 
óleo cru. As refinarias adicionam produtos 
craqueados, derivados do óleo pesado através 
do craqueamento (quebra) das moléculas para a 
conversão ao combustível Diesel cru.
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed. 
Edgard Blücher, 2005).
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Motor Diesel
É um motor com pistão alternativo com formação interna de
mistura e auto-ignição.
Durante o tempo de compressão o ar (admitido) é comprimido para
30....55bar em motores aspirados normais, ou 80...110bar (motores
sobrealimentados) de modo que a temperatura aumente para
700oC....900oC. Essa temperatura é suficiente para produzir a auto-
ignição no combustível injetado nos cilindros pouco antes do final
do tempo de compressão, quando o pistão atinge o ponto morto
superior (PMS, ou TDC – centro morto superior).
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed. 
Edgard Blücher, 2005). Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Motor Diesel
Comportamento da pressão no ciclo Diesel
Admissão (a-b)
Compressão (b-c)
Injeção (c-d)
Explosão e 
Expansão (d-e)
Descarga (e-b-a)
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Tempo Posição das 
válvulas
Variação da Pressão Proce
sso
A D
Admissão A F Pressão constante. igual a pressão 
atmosférica
a – b
Compressão F F A pressão aumenta de forma progressiva até 
o PMS, adiabaticamente
b – c
Injeção F F Injeção à pressão constante (supostamente 
instantânea)
c – d
Explosão e 
Expansão
F F A pressão diminui de forma progressiva até 
o PMI, adiabaticamente
d – e
Descarga F A A pressão diminui de forma brusca a volume 
constante (supostamente instantânea)
e – b
F A A pressão se iguala a Patm b - a
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Diferenças fundamentais entre motores 
Ciclo Otto e Ciclo Diesel
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Não existem grandes diferenças entre esses dois tipos de
motores. Destaca-se a resistência mecânica dos componentes
que é bem maior nos motores a Diesel pois estão expostos a
maiores esforços
(Bosch, Manual de Tecnologia Automotiva, tradução da 25ª edição alemã, Ed. 
Edgard Blücher, 2005). Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Sob o ponto de vista mecânico
Introdução do Combustível
Ciclo Otto
Mistura é introduzida já homogeneizada e 
dosada
Exceção: motores de injeção direta de 
combustível (GDI)
Ar é admitido e a injeção do 
combustível é feita
diretamente no interior do 
cilindo
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Sob o ponto de vista termodinâmico
Introdução do Combustível
Ciclo Diesel (MIE)
Admite-se apenas o ar
Combustível é injetado finamente pulverizado ao
final da compressão
Faz com que seja necessário
um sistema de injeção de 
elevada pressão
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ignição
MIF
Ignição é provocada
pela faísca (necessita
de um sistema
elétrico para produzí-
la
MIE
Combustão ocorre
por autoignição
(contato do ar quente
com o combustível)
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Taxa de Compressão
MIF
Relativamente baixas
para não provocar a 
autoignição
MIE
Alta o suficiente para
ultrapassar a 
temperatura de 
autoignição do 
combustível (TAI)
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Otto Ciclo Diesel
Taxa de compressão varia de 8 a 12 Taxa de compressão varia de 14 a 23 
Ciclo Diesel
Rendimento () - pode ser 
calculado considerando-se a 
quantidade de calor 
introduzido (Qcd) e a 
quantidade de calor retirado 
(Qeb) do sistema
m
Q
m
Q
 - 1 
m
Q
m
Q
m
Q
 
m
Q
m
W
 
cd
eb
cd
ebcd
cd
ciclo



beeb
cdcd
uuQ
hhQ

Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Taxa de compressão (r)
rc
rb
c
b
v
v
v
v
 r
Razão de corte (rc ): 
razão entre o volume antes 
e depois do o processo
de combustão
b
c
b
c
T
T
v
v
 cr
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Pressão média efetiva
)
V
V
1(V
W
VV
W
 me
1
2
1
ciclo
21
ciclo



P
1
1
1
P
RT
 V
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Ciclo Diesel
Quando o ciclo Diesel é analisado em uma base de ar-padrão frio, 
as seguintes expressões devem ser utilizadas para o processo 
isentrópico
cte)(k r
V
V
T
T 1-k
1-k
c
b
b
c 






c
d
c
c
1-k1-k
e
d
d
e
V
V
r
:corte de razão a é r
compressão de taxaa ér 
cte)(k 
rV
V
T
T













 c
r
v
p
c
c
k 
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exemplo
Um projeto de motor de combustão interna a diesel de ar padrão indica que a 
pressão e a temperatura no início da compressão são 95kPa e 300K, 
respectivamente. Ao final da adição de calor, a pressão é 7,2MPa e a 
temperatura 2150K. Determine:
a) taxa de compressão
b) razão de corte
c) eficiência térmica do ciclo 
d) pressão média efetiva, em kPa 
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exemplo
Determinando as propriedades em cada ponto:
Ponto 1: T1=300K, P1=95kPa 
Com esses dados extraímos da tabela as propriedades:
u1=214,07kJ/Kg, vr1=621,2, Pr1=1,3860
Ponto 2: Podemos agora calcular Pr2:
Com o valor de Pr2 podemos calcular as proriedades do ponto 2: 
T2=979,6K, vr2=26,793, h2=1022,82kJ/Kg
04,105
95
7200
3869,1
P
P
PP
1
2
r1r2 
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exemplo
Ponto 3: T3=2150K, P1=7200kPa 
Com esses dados extraímos da tabela as propriedades:
h3=2440,37kJ/Kg, vr3=2,175
Ponto 4:
6,10
2150
979,6
.
26,793
621,2
T
T
.
v
v
T
T
.
v
v
v
v
.
v
v
v
v
3
2
r2
r1
3
2
2
1
3
2
2
1
3
4  98,22v.
v
v
v r3
3
4
r4 
Com esses dados extraímos da tabela as propriedades:
T4=1031K e u4=785,75kJ/Kg
Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exemplo
(a) Razão de compressão
19,23
26,795
621,2
v
v
v
v
 
r2
r1
2
1 r
(b) Razão de corte
19,2
979,6
2150
T
T
v
v
 
2
3
2
3 cr
(c) Eficiência térmica
)h(
)u()h(
 
m
Q
m
W
 
23
1423
cd
ciclo



h
uh
59,7%ou 0,597 
)82,1022440,32(
)07,21485,757()82,1022440,32(
 



Profa. Dra. Simoni M. Gheno
Exercício
Considere então um problema atual do ciclo diesel de ar padrão cujas 
condições no início da compressão são fixadas por P1=200kPa, T1=380K. A 
taxa de compressão é 20 e a adição de calor por unidade de massa é 
900kJ/Kg. Considere a expansão isentrópica V4/V3=12,08. Determine:
a) temperatura máxima, em K (Resposta: 1879,5K)
b) razão de corte (Resposta: 1,66)
c)trabalho líquido por unidade de massa, em kJ/Kg (Resposta: 543,5kJ/kg)
d) eficiência térmica (Resposta: 0,604)
e)pressão média efetiva (Resposta: 1049kPa) 
Utilize a Tabela a seguir para auxiliá-lo a resolver o problema.
T (K) h (kJ/Kg) u (kJ/Kg) S (kJ/Kg.K) Pr vr
380 380,77 271,69 1,94001 3,176 343,4
840 866,08 624,95 2,77170 57,60 41,85
860 888,27 641,40 2,79783 63,09 39,12
1120 1184,28 862,76 3,09825 179,7 17,886
1140 1207,57 880,35 3,11883 193,1 16,946
1850 2065,3 1534,9 3,7023 1475 3,601
1900 2127,4 1582,6 3,73541655 3,295Profa. Dra. Simoni M. Gheno
)
V
V
1(V
W
VV
W
 me
1
2
1
ciclo
21
ciclo



P
1
1
1
P
RT
 V
R=8,314kJ/KgK
Profa. Dra. Simoni M. Gheno