Ciclo de Otto
Autor: Ediclei Jesus | Publicado: 2013-01-19T15:04:00-02:00





O Ciclo de Otto é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de
combustão interna de ignição por centelha. Foi definido por Beau de Rochas e
implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel.


Motores baseados neste ciclo
equipam a maioria dos automoveis de passeio
atualmente. Para esta aplicação, é possível construir motores a quatro tempos
mais eficientes e menos poluentes em comparação aos motores a dois tempos, apesar do maior número de partes móveis, maior complexidade, peso e
volume, comparando motores de mesma potência.



 

  

   

 



O modelo ideal



 
 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
 
 




 
 



Diagrama Pressão X Volume


O ciclo ideal se constitui dos
seguintes processos:


Admissão isobárica 0-1. 
Compressão adiabática 1-2. 
Combustão isocórica 2-3, expansão adiabática 3-4. 
Abertura de válvula 4-5,
     exaustão isobárica 5-0. 



A taxa de compressão volumétrica é definida por: 
 
.


O rendimento térmico do ciclo reversível é definido
por: 
 
.


γ representa a capacidade térmica à pressão e volume constantes.

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Os
ciclos termodinâmicos associados às máquinas reais se diferem sensivelmente da
idealização, já que os processos ocorrem apenas de forma aproximada à maneira
descrita e que os motores estão sucetíveis a fenômenos não reversíveis como o atrito

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Ciclos reais


Ciclo a quatro tempos dos&nbsp;ciclos termodinâmicos
associados às máquinas reais se diferem sensivelmente da idealização, já que os
processos ocorrem apenas de forma aproximada à maneira descrita e que os
motores estão sucetíveis a fenômenos não reversíveis como o atrito.

&nbsp;Ciclo mecânico




Considerando o uso de apenas
duas válvulas que são comandadas pelos ressaltos de árvore de cames, uma designada
por válvula de admissão (à direita na animação), que permite a introdução no
cilindro de uma mistura gasosa composta por ar e combustível e outra designada
como válvula de escape (à esquerda na animação), que permite a expulsão para a
atmosfera dos gases queimados, o ciclo de funcionamento de um motor de
combustão a 4 tempos é o seguinte:


Com o êmbolo (também
     designado por pistão) no PMS (ponto morto superior) é aberta a válvula de admissão,
     enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura
     gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou
     pela injecção
     electrónica, em que se substitui o
     comando mecânico destes sistemas por um electrónico e conseguindo-se assim
     melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas
     do motor. O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim),
     move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo
     é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão. 
Fecha-se nesta altura a
     válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é
     agora comprimida pelo pistão,
     impulsionado no seu sentido ascendente em direcção à cabeça do motor pelo
     veio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que
     durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este
     segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.
     
Quando o êmbolo atingiu o
     PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre
     a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de
     combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e explode.
     O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra
     o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira o veio de manivelas e
     produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que
     será posteriormente transmitido às rodas motrizes. A este terceiro passeio
     do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de explosão,
     tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efectivamente produz
     trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de
     rotação acumulada no volante (solidário com o veio), o que faz com que ele
     ao rodar permita a continuidade do movimento do veio de manivelas durante
     os outros três tempos. 
O cilindro encontra-se
     agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo
     impulsionado pelo veio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que
     a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos
     gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se
     fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o
     quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão(escape). 



Após a expulsão dos gases
     o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita. 



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