Rendimento dos motores dos automóveis e a máquina de Carnot

11 de agosto, 2015 às 17:47 | Postado em Máquinas térmicas, Termologia, termodinâmica

Professor Lang, estive estudando sobre maquina térmica e fiz uma conta para o rendimento de um carro caso ele fosse uma maquina de carnot, e obtive algo em torno de 22%, o rendimento dos carros então deveria ser menor que isso certo? Digo porque lendo sobre, vi valores de que o rendimento de carros chega a 30%, estaria essas pesquisas aumentando o rendimento dos carros? Obrigada

A máquina de Carnot NUNCA apresentará rendimento inferior a qualquer outra máquina ideal (reversível) ou irreversível. Máquinas térmicas reais apresentam rendimento usualmente muito inferior ao rendimento da máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas extremas da máquina real.

Para se ter uma estimativa sobre o rendimento máximo possível para um motor de automóvel, caso ele fosse um “motor de Carnot”, temos que ter estimativas das temperaturas extremas ao longo do ciclo real do motor. A temperatura mais baixa não pode ser inferior à temperatura do ambiente no qual o motor faz a etapa de exaustão ou escape dos gases.  Na simulação de um motor tipo Otto que o Pablo Darde realizou sob minha orientação – vide http://cref.if.ufrgs.br/~leila/motor4t.htm – encontras temperaturas realísticas (retiradas da literatura) para as diversas etapas de um motor real. Nota que os extremos referidos ali são 370 K e 2400 K.

O rendimento da máquina de Carnot nesta faixa de temperatura é então cerca de 85%, superando em muito os 30% que referiste corretamente.

Entretanto uma melhor estimativa, ainda uma superestimativa, do rendimento de um motor de automóvel pode ser feita usando-se o rendimento do ciclo ideal de Otto. Pode-se demonstrar que para o ciclo de Otto o rendimento é dado por 1 – t^(1 – gama), onde t é a taxa de compressão e gama é a razão entre as capacidades térmicas molares a pressão e a volume constante do gás ideal que é usado neste ciclo ideal. Caso tenhas dúvidas sobre o que é a taxa de compressão olha a seguinte postagem: Cilindrada, rotação, taxa de compressão e potência do motor.

Para a máquina na simulação referida a taxa de compressão é 8 e como o gás de trabalho é essencialmente diatômico (ar), gama = 1,4. Portanto o rendimento resulta em 1 – 8^(-0,4) = 56%. Esta é ainda uma super estimativa do real rendimento de um motor de automóvel (cerca de 30%).

Da expressão do rendimento do ciclo de Otto tira-se uma lição importante para máquinas reais: a forma de aumentar o rendimento é por aumentar a taxa de compressão. As máquinas Diesel operam com taxas de compressão maiores do que as máquinas Otto, razão pela qual apresentam rendimentos superiores. Vide Motor Otto e motor Diesel: qual é a diferença? 

Mais detalhes sobre o rendimento em outros ciclos ideais são encontrados em http://www.if.ufrgs.br/~lang/Textos/maqterm.pdf ou em Máquinas térmicas à combustão interna de Otto e de Diesel.

Outras postagens tratando de máquinas reais:

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