Ciclo Otto

O Ciclo Otto, descreve como os motores térmicos transformam a gasolina em movimento. Como outros ciclos termodinâmicos, este ciclo transforma a energia química em energia térmica e depois em movimento. O Ciclo Otto descreve como funcionam os motores de combustão interna (que usam gasolina), como os automóveis e os cortadores de relva.

Aplicação

O Ciclo Otto fornece a energia para a maioria dos transportes e foi essencial para o mundo moderno. Especificamente, a grande maioria dos automóveis vistos hoje em dia na estrada utilizam o Ciclo Otto para converter a gasolina em movimento. Qualquer máquina (a lista continuaria e continuaria) que utilize gasolina será dividida em duas categorias de motores, como visto abaixo.

• Tipos de motores que usam o Ciclo Otto
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  Figure 1. Um motor de dois tempos

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  Figure 2. Um motor de quatro tempos

As páginas dos motores fornecerão detalhes sobre seus mecanismos únicos, e uma explicação sobre como eles usam o Ciclo Otto, que é ligeiramente modificado.

O Ciclo Otto Ideal

Figura 3. O diagrama de pressão-volume de um processo ideal do Ciclo Otto. Consiste em dois processos isocóricos, dois adiabáticos e dois isobáricos (para admissão e escape)

O diagrama PV (diagrama pressão-volume) do Ciclo Otto ideal é mostrado na Figura 3. Este diagrama mostra como as mudanças de pressão e volume do fluido de trabalho (gasolina e ar combustível) mudam devido à combustão de hidrocarbonetos que alimenta os movimentos de um pistão, criando calor, para fornecer movimento a um veículo. Há expansão (aumento da câmara de volume) do movimento do pistão – causada quando a energia térmica é liberada da combustão – induzindo o trabalho que está sendo feito pelo gás e sobre o pistão. Em contraste, quando o pistão trabalha com o gás, a câmara do motor está sendo comprimida (diminuindo de volume).

É importante notar que a Figura 3 mostra um processo ideal para qualquer motor que utilize o ciclo Otto. Ela descreve as etapas básicas de trabalho em um motor a gasolina. A pequena modificação que representa uma situação mais realista do diagrama PV do Ciclo Otto para um motor de dois tempos e quatro tempos é explicada em suas respectivas páginas. O trabalho feito pelo motor pode ser calculado resolvendo a área do ciclo fechado.

O seguinte descreve o que ocorre durante cada etapa do diagrama PV, em que a combustão do fluido-gasolina de trabalho e do ar (oxigênio), altera o movimento no pistão:

Linha verde: Referido como a fase de admissão, o pistão é puxado para baixo para permitir que o volume na câmara aumente para que ele possa “admitir” uma mistura combustível-ar. Em termos de termodinâmica, isto é referido como um processo isobárico.

Processo 1 a 2: Durante esta fase o pistão será puxado para cima, para que possa comprimir a mistura combustível-ar que entrou na câmara. A compressão faz com que a mistura aumente ligeiramente na pressão e na temperatura – seja como for, não há troca de calor. Em termos de termodinâmica, isto é referido como um processo adiabático. Quando o ciclo atinge o ponto 2, ou seja, quando o combustível é satisfeito pela vela de ignição.

Processo 2 a 3: É aqui que a combustão ocorre devido à ignição do combustível pela vela de ignição. A combustão do gás é completa no ponto 3, o que resulta numa câmara altamente pressurizada que tem muito calor (energia térmica). Em termos de termodinâmica, isto é referido como um processo isocórico.

Processo 3 a 4: A energia térmica na câmara como resultado da combustão é usada para fazer trabalho no pistão – o que empurra o pistão para baixo – aumentando o volume da câmara. Isto também é conhecido como o forno de combustão porque é quando a energia térmica é transformada em movimento para alimentar a máquina ou o veículo.

Linha roxa (Processo 4 a 1 e fase de escape): Do processo 4 ao 1, todo o calor desperdiçado é expelido da câmara do motor. Como o calor deixa o gás, as moléculas perdem energia cinética causando a diminuição da pressão. Em seguida, a fase de escape ocorre quando a mistura restante na câmara é comprimida pelo pistão para ser “exaurida”, sem alterar a pressão.

Para leitura posterior

• Motor a dois tempos e motor a quatro tempos
• Motor de aquecimento
• Diagrama PV
• Combustão
• Gasolina
• Motor a diesel vs gasolina

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