Eficiência térmica para ciclo diesel
Como o princípio de Carnot afirma que nenhum motor pode ser mais eficiente que um motor reversível ( um motor a quente Carnot ) operando entre os mesmos reservatórios de alta e baixa temperatura, o motor Diesel deve ter uma eficiência mais baixa que a eficiência de Carnot. Um típico motor automotivo a diesel opera com cerca de 30% a 35% de eficiência térmica. Cerca de 65-70% é rejeitado como calor desperdiçado sem ser convertido em trabalho útil, ou seja, trabalho entregue às rodas. Em geral, os motores que usam o ciclo Diesel geralmente são mais eficientes do que os motores que usam o ciclo Otto. O motor diesel tem a mais alta eficiência térmica de qualquer motor de combustão prático. Motores diesel de baixa velocidade(como usado em navios) pode ter uma eficiência térmica superior a 50% . O maior motor diesel do mundo atinge 51,7%.
Em geral, a eficiência térmica , η th , de qualquer motor de calor é definida como a razão entre o trabalho que faz, W , para o calor de entrada a uma temperatura elevada, Q H .
A eficiência térmica , η th , representa a fração de calor , Q H , que é convertida em trabalho . Como a energia é conservada de acordo com a primeira lei da termodinâmica e a energia não pode ser convertida para funcionar completamente, a entrada de calor, Q H , deve ser igual ao trabalho realizado, W, mais o calor que deve ser dissipado como calor residual Q C no meio Ambiente. Portanto, podemos reescrever a fórmula da eficiência térmica como:
O calor absorvido ocorre durante a combustão da mistura combustível-ar, quando a faísca ocorre, aproximadamente a volume constante. Como durante um processo isocórico não há trabalho realizado pelo sistema ou sobre ele, a primeira lei da termodinâmica determina ∆U = ∆Q. Portanto, o calor adicionado e rejeitado é dado por:
Q add = mc p (T 3 – T 2 )
Q out = mc v (T 4 – T 1 )
Substituindo essas expressões pelo calor adicionado e rejeitado na expressão por eficiência térmica, obtém-se:
Essa equação pode ser reorganizada na forma com a taxa de compressão e a taxa de corte. Eficiência térmica para o ciclo Diesel:
Onde
- η Diesel é a eficiência térmica máxima de um ciclo Diesel
- α é a razão de corte V 3 / V 2 (ou seja, a razão de volumes no final e no início da fase de combustão)
- CR é a taxa de compressão
- κ = c p / c v = 1,4
É uma conclusão muito útil, pois é desejável alcançar uma alta taxa de compressão para extrair mais energia mecânica de uma determinada massa do combustível. Como concluímos na seção anterior, a eficiência térmica do ciclo Otto padrão do ar também é uma função da taxa de compressão e κ.
Quando as comparamos com as fórmulas, pode-se observar que, para uma determinada taxa de compressão (CR), o ciclo Otto será mais eficiente que o ciclo Diesel. Mas os motores a diesel geralmente são mais eficientes, pois são capazes de operar com taxas de compressão mais altas.
Nos motores Otto comuns, a taxa de compressão tem seus limites. A taxa de compressão em um motor a gasolina geralmente não será muito superior a 10: 1. Taxas de compressão mais altas sujeitarão os motores a gasolina a bater no motor, causados pela autoignição de uma mistura não queimada, se for usado combustível com classificação mais baixa de octanagem. Nos motores a diesel, há um risco mínimo de autoignição do combustível, porque os motores a diesel são motores de ignição por compressão e não há combustível no cilindro no início do curso de compressão.
Veja também: Ciclo Diesel – Problema com a solução
Veja também: Taxa de compressão
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