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Recebe o nome de ciclo de Otto, o ciclo termodinâmico que representa o funcionamento de motores de combustão interna, popularmente conhecidos como motores a explosão. O ciclo foi definido e patenteado pelo engenheiro francês Beaus de Rochas, porém, o engenheiro alemão Nikolaus August Otto o implementou, sendo o primeiro a construir um motor com base nesse ciclo.
- Admissão isobárica
- Compressão adiabática
- Expansão adiabática
- Exaustão isobárica
Motores de automóveis movidos a gasolina, álcool ou gás natural operam com base no ciclo de Otto. Esse tipo de motor também é chamado de motor de quatro tempos uma vez que ocorre num ciclo de 4 etapas: admissão, compressão, expansão e exaustão.
1º - Admissão: nessa primeira fase, a válvula de admissão (entrada) está aberta e a válvula de escape (saída) permanece fechada. O pistão se move de forma a aumentar o volume da câmara de combustão, e a mistura de combustível com o ar entra no cilindro sob pressão praticamente constante. Assim, diz-se que na fase de admissão ocorreu uma transformação isobárica, ou seja, transformação sob pressão constante.
2º - Compressão: agora as válvulas de admissão e de escape estão fechadas e o pistão realiza um movimento rápido, comprimindo a mistura combustível. Com isso, ocorre um aumento de pressão e uma diminuição do volume da mistura, simultaneamente. No fim dessa etapa a pressão do sistema é cerca de 9 vezes a pressão atmosférica.
3º - Expansão: nessa terceira etapa, as válvulas de admissão e escape continuam fechadas, o pistão sobe e a vela (um dispositivo do motor) solta uma faísca, que provoca uma explosão da mistura combustível. Por meio dessa queima, uma grande quantidade de energia térmica é obtida e parte dessa energia será convertida em trabalho mecânico. Com o fornecimento de calor, a pressão do sistema aumenta e o pistão é forçado violentamente para baixo, de modo a aumentar o volume do cilindro.
4º - Exaustão: por fim, no momento em que o pistão chega à posição de maior volume do cilindro, a válvula de escape se abre e a de admissão continua fechada. Isso faz com que o gás quente seja expulso da câmara de combustão, resfriando o sistema. Depois de ocorrer o resfriamento, o pistão se movimenta no sentido de diminuir o volume da câmara de combustão, conduzindo os resíduos da explosão para fora, que serão liberados pelo escapamento.
Assim que os gases são expulsos, o motor retorna à sua condição inicial, de forma que o ciclo se reinicie.
Referências:
//www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclo_otto.htm
//www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2009/TCCFranklinveraofinal.pdf
//www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15cOtto/materiais/saiba_mais.pdf
//www.elivre.com.br/wp-content/uploads/2012/08/Funcionamento-de-um-carro.pdf
Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/fisica/ciclo-de-otto/
Arquivado em: Termodinâmica
Atualizado em 24 de abril de 2021
O automóvel como conhecemos hoje é fruto de um longo processo de evolução que começou na criação dos primeiros motores a combustão no século XVIII, movidos à lenha.
Em 1876, Nikolaus August Otto, engenheiro alemão que viveu entre 1832 e 1891, apresentou seu protótipo de motor quatro (4) tempos movido a benzeno, mas teve sua patente revogada em 1886, pois o francês Beaus de Rochas já havia registrado uma patente com motores que utilizavam o mesmo princípio. O projeto teve grande aceitação pelo fato de ser mais eficiente e silencioso que os motores concorrentes a vapor.
Os primeiros motores eram movidos a gás e somente após alguns anos e evolução da tecnologia, eles foram aperfeiçoados aos modelos movidos à gasolina com admissão de ar (1889). Otto, após anos de testes e fracassos, conseguiu aperfeiçoar o ciclo já patenteado por Beaus, produzindo um motor de combustão interna, tendo assim o mérito da implantação da tecnologia.
O modelo ciclo Otto é composto por quatro ordens reversíveis internamente:
- Admissão isobária
- Compressão adiabática
- Expansão adiabática
- Exaustão isobárica
Componentes do motor ciclo Otto
Para que o motor funcione devem-se destacar alguns dos elementos necessários para tal:
- As válvulas que funcionam controlando a entrada e saída de ar/gás de escape
- A vela que emite a faísca necessária para queimar a mistura ar/combustível comprimida
- O virabrequim no interior do motor que possui várias funções, como acionar as válvulas, sincronizar os pistões e transmitir a energia mecânica resultante da explosão dentro do cilindro para a caixa de câmbio.
Os motores ciclo Otto são chamados de motores quatro tempos já que funcionam com um ciclo de quatro etapas: admissão, compressão expansão/explosão e escape.
Na figura abaixo, as etapas estão representadas em um corte lateral do processo do ciclo Otto.
Os motores a combustão interna do ciclo Otto ou Diesel, que foram implantados no século XIX, são compostos de no mínimo um cilindro, pistão e diversas peças móveis, mostradas na figura a seguir.
Etapas do motor ciclo Otto
Admissão
Conhecida como a primeira fase, no momento de admissão a válvula de se abre permitindo a entrada de ar e combustível enquanto a válvula de escape está fechada. O pistão então se move a fim de aumentar o volume da câmara de combustão, assim a mistura de ar e combustível, suprimida através do injetor, entra no cilindro sob pressão praticamente constante.
Em função desta etapa, é dito que durante a admissão ocorre uma transformação isobárica, ou seja, uma transformação sob pressão permanente.
Compressão
Nesta etapa tanto a válvula de escape como a de admissão estão fechadas enquanto o pistão sobe, comprimindo a mistura ar/combustível. Consequentemente a pressão no cilindro aumenta e diminui de volume ao mesmo tempo.
Ao fim desse processo, a pressão no sistema é cerca de nove (9) vezes maior que a pressão atmosférica (1 atm).
Expansão/ Explosão (Ignição)
Na terceira etapa do processo, as válvulas continuam fechadas e com a subida do pistão na fase final da compressão, a vela de ignição solta uma faísca provocando a explosão da mistura ar/combustível dentro do cilindro.
Em função da queima, é gerada uma grande quantidade de energia térmica e parte dessa energia é convertida em trabalho mecânico. Com a explosão, a temperatura e a pressão dentro do cilindro aumentam empurrando drasticamente o pistão para baixo, aumentando o volume do cilindro.
Exaustão
Na última etapa do processo o pistão alcança o ponto de maior volume do cilindro. Neste momento a válvula de escape é aberta enquanto a da admissão continua fechada. Isso faz com que o gás quente (e menos denso) resultante da queima, seja repelido da câmara de combustão, resfriando o sistema.
Após a saída do gás quente, o pistão novamente sobe para diminuir o volume na câmara de combustão, levando o restante do gás para fora do motor até o sistema de escapamento.
Após os gases serem expulsos, o motor retorna a sua condição inicial, começando o processo novamente.
No manual Simplo, inclusive, você encontra informações técnicas sobre motores ciclo Otto e os sistemas de injeção das principais montadoras mundiais.