Dúvidas sobre o ciclo de Otto

1 de junho, 2019 às 12:00 | Postado em Máquinas térmicas, Teoria Cinética dos Gases, Termologia, termodinâmica

Bom dia. Me chamo Rinaldo e faço curso de licenciatura em Física. Estudando sobre as máquinas térmicas, surgiu uma dúvida que gostaria que me ajudassem a esclarecer.

Sabendo que num ciclo de Otto a energia interna não é conservada como no Ciclo de Carnot, me surgiu a dúvida sobre o comportamento da energia interna no Ciclo de Otto nos dois processos adiabáticos.

Sabendo que no ciclo de Otto a energia interna varia, pois parte da energia é transformada pelas forças dissipativas, como fica o comportamento da energia interna nos dois processos adiabáticos?

Sabendo que no Ciclo de Otto existe duas transformações adiabáticas( não trocam calor com o meio), uma de ignição e outra de exautão concluí que : na transformação adiabática de potência ocorre aumento de volume pela combustão, o que consequentemente faz o gás realizar trabalho.Nesse sentido a energia interna diminui ou aumenta? Fiquei com dúvida de duas formas: se o volume aumenta decorrente da combustão e consequentemente realiza trabalho mecânico útil, a energia interna aumenta, pois recebe calor da combustão interna, que ocorre dentro da câmara de combustão, isolada termicamente do meio externo, ou diminui porque no processo adiabático para realizar trabalho é necessário retirar energia interna das moléculas do gás, mesmo com o processo de combustão. o que de fato acontece com a energia interna dentro desse sistema isolado termicamente, aumenta ou diminui?

Da mesma forma o que ocorre com a energia interna no segundo processo adiabático de compressão?

Como fica o comportamento da energia interna no Ciclo de Otto?

# Mais perdido que em cego em tiroteio!!

Em qualquer ciclo termodinâmico, reversível ou irreversível, o sistema passa por uma sucessão de processos que regeneram o estado inicial (o estado do qual considera-se que o sistema partiu).

Assim sendo, ao completar-se um ciclo a energia interna do sistema, apesar de ter apresentado mudanças intermediárias, volta a ter o valor inicial. Portanto em um ciclo a variação da energia inter é nula.

O ciclo de Otto, é um ciclo reversível, usado para modelar idealmente o funcionamento de máquinas de combustão interna que aspiram uma mistura de ar e combustível e que tem a queima da mistura deflagrada por uma centelha elétrica produzida pela vela de ignição. Essas máquinas são denominadas de “máquinas de Otto” em homenagem ao engenheiro alemão Nikolaus August Otto (1832-1891) que as projetou e também são conhecidas como um tipo especial de motores a 4 tempos (Motor otto e motor diesel: qual é a diferença?)

Portanto o ciclo de Otto, que modela e idealiza o funcionamento de máquinas térmicas reais, é  constituído por duas transformações isobáricas (a’a e a’a),  duas transformações adiabáticas (ab e cd) e duas transformações isométricas (bc e da) conforme representadas na figura 1.

Na compressão adiabática ab há realização de trabalho sobre o gás que não troca energia na forma de calor. Portanto, pela primeira Lei da Termodinâmica, a energia interna aumenta, a temperatura aumenta.

Na transformação isométrica bc o gás recebe energia na forma de calor sem trocar trabalho com o entorno. Portanto, pela primeira Lei da Termodinâmica, a energia interna aumenta, a temperatura aumenta.

Na expansão adiábatica cd há realização de trabalho pelo gás que não troca energia na forma de calor com o entorno. Portanto, pela Primeira Lei da Termodinâmica, a energia interna diminui, a temperatura diminui.

Vide mais sobre transformações adiabáticas em GRÁFICOS DAS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS ADIABÁTICAS.

A figura 2 relaciona os quatro tempos em uma máquina de Otto com as transformações que caracterizam o ciclo de Otto. Ou seja, a figura 2 indica como os 4 tempos de uma máquina térmica real são modelados e idealizados pelo ciclo de Otto.

Uma simulação de uma máquina de Otto está disponível em  Máquina de Otto.

Vide também o artigo disponível no Research Gate: Máquinas térmicas à combustão interna de Otto e de Diesel.

Postagens do CREF sobre temas correlatos: Máquinas térmicas.

“Docendo discimus.” (Sêneca)