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CICLO DE OTTO

 

       Responsável pelo projeto do motor a 4 tempos em 1876, Nikolaus August Otto (1832-1891), engenheiro alemão, teve sua patente revogada em 1886 porque alguém já tinha tido essa idéia. Porém Otto e seus dois irmãos não se deram por satisfeitos e construíram os primeiros protótipos do seu motor, onde obtiveram grande aceitação por ter uma eficiência maior e ser mais silencioso que os modelos concorrentes. Curiosamente os primeiros modelos eram movidos a gás e somente depois de alguns anos foram aperfeiçoados aos modelos de gasolina com admissão de ar. O ciclo teórico mostrado na figura 1 passou a ser denominado ciclo de Otto. Basicamente esse ciclo é constituído de quatro processos:

  • AB - Processo de Compressão Adiabática;

  • BC - Processo de Aquecimento Isométrico de Calor;

  • CD - Processo de Expansão Adiabática;

  • DA -  Processo de Rejeição Isométrica de Calor;


Figura 1: Diagrama pV do ciclo de Otto (motor à explosão)

       O motor de combustão interna, a álcool ou a gasolina, é um exemplo típico do distanciamento entre a prática e a teoria, ou entre a tecnologia e a ciência. Dentre os elementos que compõe o motor, destacam-se necessários ao funcionamento as válvulas (que controlam a entrada e saída de ar ou produto da explosão), a vela que emite a faísca que dá início à explosão e no interior do motor o virabrequim que controla várias funções do motor como o acionamento das válvulas, a sincronia dos pistões e a transmissão de energia mecânica para a caixa de câmbio. Veja a seguir a relação de algumas partes do motor: 


Figura 2: Partes de um motor ciclo Otto

           A seguir está um corte lateral e a relação do processo detalhado no ciclo de Otto.


Figura 3: Relação das etapas do ciclo Otto

           É importante salientar as diferenças entre o ciclo teórico e o ciclo prático: veja as diferenças entre a figura 1 e a figura 4. A figura 4 representa graficamente o que acontece em cada processo de Otto.


Figura 4: Representação gráfica real do ciclo Otto

           Veja como acontecem os processos no interior do motor de combustão e observe cuidadosamente como acontecem as etapas. Dê uma atenção especial às barras verticais que demonstram como variam o volume, a pressão e a temperatura durante o ciclo. Em caso de dúvidas os processos detalhados estão explícitos aqui.

           Os motores desse tipo não tem fontes quentes e frias explícitas. A fonte quente resulta do calor gerado na explosão do combustível enquanto a fria da substituição de uma fração do fluido de combustível quente e queimado por outra fria, a ser queimada e explodida.

    Leia também o artigo escrito pelo Prof. Dr. Fernando Lang, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, na íntegra.

           Conheça os demais ciclos termodinâmicos ou veja como acontecem as transformações termodinâmicas de cada processo.

 

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Referências
  • BRAIN, Marshall.  "HowStuffWorks - Como funcionam os motores de carros".  Publicado em 01 de abril de 2000  (atualizado em 14 de maio de 2008). <http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros.htm>, acesso em fev/2009.
  • GASPAR, Alberto. Física Série Brasil. São Paulo, Ática, 1a Ed., 2007.
  • SILVEIRA, Fernando L. Máquinas térmicas à combustão interna de Otto e de Diesel. Disponível em: <www.if.ufrgs.br/~lang/maqterm.pdf>. Acesso em fev/2009.

 

APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE TERMODINÂMICA
NO ENSINO MÉDIO ATRAVÉS DO ESTUDO
DE MÁQUINAS TÉRMICAS COMO TEMA MOTIVADOR

Desenvolvido por Daniel Schulz - UFRGS - 2009