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O Ciclo de Otto

1876
  • Nicolaus Otto
  • Alphonse Beau de Rochas
Modelo em corte de um motor de ignição por centelha ilustrando os processos do Ciclo Otto.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O ciclo Otto ideal é um termodinâmica Modelo para motores de ignição por faísca. Consiste em quatro processos internamente reversíveis: compressão isentrópica (1-2), adição de calor a volume constante (isocórica) (2-3), expansão isentrópica (3-4) e rejeição de calor a volume constante (isocórica) (4-1). Este ciclo constitui a base teórica para a análise do desempenho de motores a gasolina, assumindo um gás ideal como fluido de trabalho.

The Otto cycle is visualized on a Pressure-Volume (P-V) diagram, forming a closed loop. The analysis begins at state 1, at the start of the compression stroke, with the piston at bottom dead center (BDC).

Processo 1–2: Compressão isentrópica. O pistão se move do ponto morto inferior (PMI) para o ponto morto superior (PMS), comprimindo a mistura ar-combustível. Nesse processo idealizado e adiabático, não há transferência de calor para ou do sistema, portanto a entropia permanece constante. O trabalho é realizado sobre o gás, aumentando sua energia interna, o que se manifesta como um aumento tanto na pressão quanto na temperatura.

Processo 2–3: Adição de calor a volume constante. At TDC, the spark plug ignites the mixture. The combustion is assumed to be instantaneous, occurring while the volume does not change (an isochoric process). This adds heat ([latex]Q_{in}[/latex]) to the working fluid, causing a sharp increase in temperature and pressure to state 3, the point of maximum cycle pressure and temperature.

Processo 3–4: Expansão isentrópica (Ciclo de potência). O gás de alta pressão proveniente da combustão se expande, empurrando o pistão do PMS (Ponto Morto Superior) de volta ao PMI (Ponto Morto Inferior). Essa expansão também é idealizada como adiabática e reversível (isentrópica). O gás em expansão realiza trabalho sobre o pistão, que é o trabalho útil produzido pelo ciclo. À medida que o gás se expande, sua pressão e temperatura diminuem.

Processo 4–1: Rejeição de calor a volume constante. No PMI (Ponto Morto Inferior), assume-se que a válvula de escape se abre e a pressão cai instantaneamente de volta à pressão inicial do estado 1. Isso é modelado como um processo isocórico onde o calor ([latex]Q_{out}[/latex]) é rejeitado do fluido de trabalho para o ambiente, completando o ciclo e retornando o fluido ao seu estado inicial.

UNESCO Nomenclature: 2212
Termodinâmica

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • teoria do ciclo de Carnot
  • leis da termodinâmica
  • invenção do mecanismo de pistão e cilindro
  • desenvolvimento de sistemas de ignição por faísca
  • Descrição teórica anterior de Alphonse Beau De Rochas (1862)

Aplicações

  • motores de combustão interna a gasolina
  • motores rotativos (motor Wankel)
  • Análise de desempenho de motores de ignição por faísca
  • educação em engenharia automotiva
  • base para ciclos modificados como os ciclos de Miller e Atkinson

Patentes:

  • US Patent 194047

Ideias de Inovação Potencial

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Related to: Otto cycle, thermodynamics, isentropic, isochoric, internal combustion engine, four-stroke, p-v diagram, spark-ignition, ideal gas, heat engine.

Contexto histórico

O Ciclo de Otto

1865
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01
1865
1868
1870
1873
1877
1880
1882-01-01
1883

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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