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NOTAS:
Este applet consiste na representação teórica do diagrama de Clapeyron do ciclo
de Beau de Rochas, que corresponde ao funcionamento do motor de explosão a 4 tempos.
Primeiro tempo: Admissão
P → A A descida do pistão e a abertura da válvula de admissão
permite a entrada no cilindro da mistura do ar e do carburante
à pressão e temperatura ambiente. Os volumes extremos são
Vb (ponto alto) e Va ponto baixo). A relação Va/Vb é a taxa de compressão
volumétrica. As condições iniciais no ponto A são Pa = 1,
Va e Ta = 300K. Segundo tempo
: Compressão A → B O mecanismo de movimento do pistão
comprime o gás de forma isentrópica. A pressão Pb deduz-se de: Pb.Vb&gamma
= Pa.Va&gamma. A
temperatura Tb deduz-se de: Tb.Vb&gamma-1
= Ta.Va&gamma-1. Terceiro tempo: Ignição e expansão B → C → D Após a explosão a temperatura é bastante elevada na câmara de combustão
. Ela depende da taxa de compressão e da natureza do
combustível. 1800 K é uma ordem de gramdeza realista. A pressão Pc deduz-se de: Pb.Vb
= Pc.Vc Após a explosão, ocorre a expansão (tempo
de trabalho do ciclo). Este é isentrópico. A pressão em D é dada por Pd
= Pc.(Vc/Vd)&gamma, e
a temperatura por : Td
= Tc.(Vc/Vd)&gamma-1 Quarto tempo : Escape D → A → P Em D, a válvula de escape
está aberta. Os gases de escape passam por uma expansão DA, em princípio
isócora. Neste ciclo as transformações PA e AP são de sentidos inversos,
devendo ser tomado em conta o contorno de ABCD. O rendimento é &eta
= 1 - Ta/Tb. Mostre que este é somente função da taxa de compressão. O
ciclo real de um motor a 4 tempos é consideravelmente diferente deste diagrama teórico:
AP é na realidade um ciclo no qual não existem pontos ABCD.
Utilização: Nas
caixas de entrada activas podem ser alterados (com valores razoáveis)
os valores dos parâmetros Va (cm3), Vb (cm3), Tc (K). Não esquecer
a Validação do último valor de entrada. Os
valores admitidos pelo programa são: 1500 K < Tc < 2000 K, 30 <
Vb < 60, 200 < Va < 270. (No caso de entrada de valores fora destes limites, são assumidos outros valores por defeito). As
caixas de entrada inactivas apresentam os valores de P, V,
T nas extremidades do ciclo. Carregando no botão direito
do rato a animação pára, para retomá-la basta largá-lo.
Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências
por Manuel Silva Pinto e Alexandra Coelho em Outubro de 2010
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