Druyd:Knowledge

Le cycle d'Otto

Storyboard

ID:(1486, 0)

Mecanismos

Descrição

O ciclo de Otto envolve quatro estágios principais: admissão, compressão, explosão e escape. Durante a fase de admissão, o motor aspira uma mistura de combustível e ar enquanto o pistão se move para baixo. A mistura é então comprimida à medida que o pistão se move para cima, o que aumenta a temperatura e a pressão do gás. No topo do curso de compressão, a vela de ignição acende a mistura comprimida, causando uma combustão rápida conhecida como o tempo de potência. Esta combustão empurra o pistão para baixo, fornecendo energia ao motor. Após o tempo de potência, a válvula de escape se abre e o pistão se move para cima para expelir os gases de combustão do cilindro, completando o ciclo. O motor então repete esse ciclo continuamente durante a operação. A eficiência de um motor que opera pelo ciclo de Otto depende do grau de compressão e das propriedades do combustível usado. Relações de compressão mais altas geralmente levam a uma melhor eficiência, mas requerem combustível de maior octanagem para evitar a detonação do motor. O ciclo de Otto é caracterizado por ser um ciclo de alta velocidade com cada estágio claramente definido, contribuindo significativamente para a eficiência geral e a produção de energia dos motores que o empregam. <druyd>mechanisms</druyd>

ID:(15282, 0)

Ciclo de Carnot

Descrição

Sadi Carnot introduziu [1] o conceito teórico do primeiro projeto de máquina capaz de gerar trabalho mecânico com base em um gradiente de temperatura. Isso é alcançado por meio de um processo no espaço pressão-volume, onde calor é adicionado e extraído, conforme ilustrado na imagem: <druyd>image</druyd> A área sob a curva <var>8170</var>, que se estende de 1 a 2, representa a energia necessária para transitar do estado ($p_1, V_1$) para o estado ($p_2, V_2$). Por outro lado, a área sob a curva <var>8171</var>, indo de 2 para 1, representa a extração de energia necessária para retornar do estado ($p_2, V_2$) ao estado ($p_1, V_1$). A diferença entre essas áreas corresponde à região delimitada por ambas as curvas e representa <var>8165</var> que o sistema pode realizar. Carnot também demonstrou que, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, <var>8170</var> não pode ser igual a zero. Isso implica que não existem máquinas capazes de converter todo o calor em trabalho. <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] "Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance" (Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo e sobre Máquinas Adequadas para Desenvolver Essa Potência), Sadi Carnot, Annales scientifiques de lÉ.N.S. 2e série, tome 1, p. 393-457 (1872)

ID:(11131, 0)

Ciclo Otto: diagrama pressão-volume

Descrição

O ciclo de Otto [1] pode ser considerado uma solução técnica baseada no ciclo de Carnot. Nesse contexto, ele consiste em quatro estágios que são realizados da seguinte maneira: • Estágio 1 para 2: Compressão adiabática $(p_1,V_1,T_1)\rightarrow(p_2,V_2,T_2)$, • Estágio 2 para 3: Aquecimento $(p_2,V_2,T_2)\rightarrow(p_3,V_2,T_3)$, • Estágio 3 para 4: Expansão adiabática $(p_3,V_2,T_3)\rightarrow(p_4,V_1,T_4)$, • Estágio 4 para 1: Resfriamento $(p_4,V_1,T_4)\rightarrow(p_1,V_1,T_1)$ Esses estágios são ilustrados no seguinte diagrama: <druyd>image</druyd> No diagrama, é ilustrado o fluxo de energia, onde <var>8170</var> adiciona energia, elevando a temperatura de <var>8490</var> para <var>8491</var>. Ele entra no sistema e realiza <var>8165,1</var> unidades de trabalho, enquanto o componente <var>8171</var> é absorvido, diminuindo a temperatura de <var>8492</var> para <var>8489</var>. <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] "Verbrennungsmotor" (Motor de combustão interna), N. A. Otto, Kaiserlichen Patentamts, Patente 532, 2 de janeiro de 1877. Nota: Em 1862, Nikolaus Otto tentou construir o motor de combustão interna patenteado por Alphonse Beau de Rochas sem sucesso. Mais tarde, ele o modificou e conseguiu construir um funcional em 1877, fabricando 30.000 motores silenciosos e altamente confiáveis. Ele patenteou seu projeto em 1877; no entanto, a patente foi posteriormente revogada devido à existência da patente de Alphonse Beau de Rochas, embora Rochas nunca tenha conseguido construir sua versão. Como Otto foi o primeiro a fazer o motor funcionar, sua versão é lembrada hoje, denominando o processo de "Ciclo de Otto".

ID:(11140, 0)

Elementos de uma geladeira

Descrição

O motor Otto opera em dois ciclos: o ciclo Otto propriamente dito, que consiste nas seguintes fases: • Fase 1 para 2: Compressão adiabática • Fase 2 para 3: Aquecimento • Fase 3 para 4: Expansão adiabática • Fase 4 para 1: Resfriamento Além disso, ele possui um ciclo para esvaziar os gases queimados e preencher com uma nova mistura. <druyd>image</druyd> Por essa razão, ele é chamado de motor de dois tempos. A fase de esvaziamento e preenchimento pode ser realizada usando uma massa de compensação ou por meio de um segundo cilindro que opera fora de fase. A eficiência <var>5245</var> do motor pode ser estimada usando <var>9959</var> e <var>6661</var> com a seguinte equação: <druyd>equation=11163</druyd>

ID:(11142, 0)

Eficiência dependendo das temperaturas

Descrição

<var>8171</var> está relacionado com <var>8481</var>, <var>8492</var> e <var>8489</var> de acordo com a seguinte equação: <druyd>equation=11145</druyd> E <var>8170</var> está relacionado com <var>8481</var>, <var>8491</var> e <var>8490</var> através da equação: <druyd>equation=11157</druyd> Portanto, na equação para <var>5245</var> representada por: <druyd>equation=11155</druyd> Temos a seguinte relação: <druyd>equation=11161</druyd>

ID:(15749, 0)

Eficiência em função do fator de compressibilidade

Descrição

<var>5245</var>, em termos de <var>8489</var>, <var>8490</var>, <var>8491</var> e <var>8492</var>, é calculado usando a seguinte equação: <druyd>equation=11161</druyd> No caso de expansão adiabática, ela é descrita usando <var>6661</var>, <var>8497</var> e <var>8498</var> com a relação: <druyd>equation=11159</druyd> E a compressão adiabática é representada pela relação: <druyd>equation=11160</druyd> Se subtrairmos a segunda equação da primeira, obtemos: <meq>(T_4 - T_1)V_1^{\kappa-1} = (T_3 - T_2)V_2^{\kappa-1}</meq> O que nos leva à relação: <meq>\left(\displaystyle\frac{V_1}{V_2}\right)^{\kappa-1} = \displaystyle\frac{T_3 - T_2}{T_4 - T_1}</meq> Isso, por sua vez, leva à definição de <var>9959</var> com a seguinte equação: <druyd>equation=11162</druyd> Com todos esses componentes, a eficiência de um processo usando o ciclo Otto pode ser calculada como: <druyd>equation=11163</druyd>

ID:(15750, 0)

Modelo

Descrição

<druyd>model</druyd>

ID:(15341, 0)

Le cycle d'Otto

Descrição

Variáveis

Símbolo

Texto

Variáve

Valor

Unidades

Calcular

Valeur MKS

Unidades MKS

$Q_C$

Q_C

Calor absorvido

$c_V$

c_V

Calor específico dos gases a volume constante

J/kg K

$Q_H$

Q_H

Calor fornecido

$C_V$

C_V

Capacidade térmica em volume constante

J/kg

$\eta$

eta

Eficiência

$r$

Fator de compressibilidade Otto

$\kappa$

kappa

Índice adiabático

$M$

Massa

$T_1$

T_1

Temperatura no estado 1

$T_2$

T_2

Temperatura no estado 2

$T_3$

T_3

Temperatura no estado 3

$T_4$

T_4

Temperatura no estado 4

$V_2$

V_2

Volume compactado

m^3

$V_1$

V_1

Volume expandido

m^3

Cálculos

Equação

Primeiro, selecione a equação:

para

, depois, selecione a variável:

para

Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

Cálculos

Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

Variáve

Dado

Calcular

Objetivo :

Equação

A ser usado

Equações

$ c_V =\displaystyle\frac{ C_V }{ M }$

c_V = C_V / M

Seguindo uma analogia ao <var>5219,0</var> para l quidos e s lidos com <var>8482</var> e <var>5215</var>: <druyd>equation=3483</druyd> existe tamb m <var>6662,1</var> para aquecimento a volume constante com <var>8481</var>: <druyd>equation</druyd>

(ID 11113)

$ Q_C = C_V ( T_4 - T_1 )$

Q_C = C_V *( T_4 - T_1 )

Ao remover <var>8171</var>, a temperatura do g s aumenta de $T_1$ para $T_4$ em um processo isob rico (a press o constante). Isso implica que podemos utilizar a rela o para <var>8085</var> com <var>8481</var> e <var>7510</var>, que expressa pela equa o: <druyd>equation=4862</druyd> Isso nos leva aos valores de <var>8489</var> e <var>8492</var> usando a f rmula: <druyd>equation</druyd>

(ID 11145)

$ Q_H = C_V ( T_3 - T_2 )$

Q_H = C_V *( T_3 - T_2 )

Ao fornecer <var>8170</var>, a temperatura do g s aumenta de $T_2$ para $T_3$ em um processo isoc rico ( volume constante). Isso implica que podemos utilizar a rela o para <var>8085</var> com <var>8481</var> e <var>7510</var>, expressa pela equa o: <druyd>equation=4862</druyd> Isso resulta nos valores de <var>8490</var> e <var>8491</var> da seguinte forma: <druyd>equation</druyd>

(ID 11157)

$ T_4 V_1 ^{ \kappa - 1} = T_3 V_2 ^{ \kappa - 1}$

T_4 * V_1 ^( kappa -1)= T_3 V_2 ^( kappa - 1)

Durante uma expans o adiab tica, o g s satisfaz a rela o envolvendo <var>5234</var>, <var>5235</var>, <var>5236</var> e <var>5237</var>: <druyd>equation=4865</druyd> Neste caso, do ponto inicial 3 ao ponto 4. Isso significa que, durante a expans o adiab tica, o estado do g s muda de <var>8498</var> e <var>8491</var> para <var>8497</var> e <var>8492</var>, conforme: <druyd>equation</druyd>

(ID 11159)

$ T_1 V_1 ^{ \kappa - 1} = T_2 V_2 ^{ \kappa - 1}$

T_1 * V_1 ^( kappa -1)= T_2 V_2 ^( kappa - 1)

Dado que em uma expans o adiab tica, o g s satisfaz a rela o com <var>5234</var>, <var>5235</var>, <var>5236</var> e <var>5237</var>: <druyd>equation=4865</druyd> Neste caso, do ponto inicial 1 ao ponto 2. Isso significa que durante a compress o adiab tica, o estado do g s muda de <var>8497</var> e <var>8489</var> para <var>8498</var> e <var>8490</var> da seguinte forma: <druyd>equation</druyd>

(ID 11160)

$ \eta =1-\displaystyle\frac{ T_4 - T_1 }{ T_3 - T_2 }$

eta =1-( T_4 - T_1 )/( T_3 - T_2 )

<var>8171</var> est relacionado com <var>8481</var>, <var>8492</var> e <var>8489</var> de acordo com a seguinte equa o: <druyd>equation=11145</druyd> E <var>8170</var> est relacionado com <var>8481</var>, <var>8491</var> e <var>8490</var> atrav s da equa o: <druyd>equation=11157</druyd> Portanto, na equa o para <var>5245</var> representada por: <druyd>equation=11155</druyd> Temos a seguinte rela o: <druyd>equation</druyd>

(ID 11161)

$ r =\displaystyle\frac{ V_1 }{ V_2 }$

r = V_1 / V_2

A expans o adiab tica descrita usando as vari veis <var>6661</var>, <var>8492</var>, <var>8491</var>, <var>8497</var> e <var>8498</var> atrav s da rela o <druyd>equation=11159</druyd> Enquanto a compress o adiab tica representada por <var>8489</var> e <var>8490</var> atrav s da rela o <druyd>equation=11160</druyd> Subtraindo a segunda equa o da primeira, obtemos <meq>(T_4 - T_1)V_1^{\kappa-1} = (T_3 - T_2)V_2^{\kappa-1}</meq> O que nos leva rela o <meq>\left(\displaystyle\frac{V_1}{V_2}\right)^{\kappa-1} = \displaystyle\frac{T_3 - T_2}{T_4 - T_1}</meq> E isso nos permite definir <var>9959</var> da seguinte forma: <druyd>equation</druyd>

(ID 11162)

$ \eta = 1-\displaystyle\frac{1}{ r ^{ \kappa -1}}$

eta = 1 - 1/ r ^( kappa -1)

<var>5245</var>, em termos de <var>8489</var>, <var>8490</var>, <var>8491</var> e <var>8492</var>, calculado usando a seguinte equa o: <druyd>equation=11161</druyd> No caso de expans o adiab tica, ela descrita usando <var>6661</var>, <var>8497</var> e <var>8498</var> com a rela o: <druyd>equation=11159</druyd> E a compress o adiab tica representada pela rela o: <druyd>equation=11160</druyd> Se subtrairmos a segunda equa o da primeira, obtemos: <meq>(T_4 - T_1)V_1^{\kappa-1} = (T_3 - T_2)V_2^{\kappa-1}</meq> O que nos leva rela o: <meq>\left(\displaystyle\frac{V_1}{V_2}\right)^{\kappa-1} = \displaystyle\frac{T_3 - T_2}{T_4 - T_1}</meq> Isso, por sua vez, leva defini o de <var>9959</var> com a seguinte equa o: <druyd>equation=11162</druyd> Com todos esses componentes, a efici ncia de um processo usando o ciclo Otto pode ser calculada como: <druyd>equation</druyd>.

(ID 11163)

Exemplos

Mecanismos

O ciclo de Otto envolve quatro est gios principais: admiss o, compress o, explos o e escape. Durante a fase de admiss o, o motor aspira uma mistura de combust vel e ar enquanto o pist o se move para baixo. A mistura ent o comprimida medida que o pist o se move para cima, o que aumenta a temperatura e a press o do g s. No topo do curso de compress o, a vela de igni o acende a mistura comprimida, causando uma combust o r pida conhecida como o tempo de pot ncia. Esta combust o empurra o pist o para baixo, fornecendo energia ao motor. Ap s o tempo de pot ncia, a v lvula de escape se abre e o pist o se move para cima para expelir os gases de combust o do cilindro, completando o ciclo. O motor ent o repete esse ciclo continuamente durante a opera o. A efici ncia de um motor que opera pelo ciclo de Otto depende do grau de compress o e das propriedades do combust vel usado. Rela es de compress o mais altas geralmente levam a uma melhor efici ncia, mas requerem combust vel de maior octanagem para evitar a detona o do motor. O ciclo de Otto caracterizado por ser um ciclo de alta velocidade com cada est gio claramente definido, contribuindo significativamente para a efici ncia geral e a produ o de energia dos motores que o empregam. <druyd>mechanisms</druyd>

(ID 15282)

Ciclo de Carnot

Sadi Carnot introduziu [1] o conceito te rico do primeiro projeto de m quina capaz de gerar trabalho mec nico com base em um gradiente de temperatura. Isso alcan ado por meio de um processo no espa o press o-volume, onde calor adicionado e extra do, conforme ilustrado na imagem: <druyd>image</druyd> A rea sob a curva <var>8170</var>, que se estende de 1 a 2, representa a energia necess ria para transitar do estado ($p_1, V_1$) para o estado ($p_2, V_2$). Por outro lado, a rea sob a curva <var>8171</var>, indo de 2 para 1, representa a extra o de energia necess ria para retornar do estado ($p_2, V_2$) ao estado ($p_1, V_1$). A diferen a entre essas reas corresponde regi o delimitada por ambas as curvas e representa <var>8165</var> que o sistema pode realizar. Carnot tamb m demonstrou que, de acordo com a segunda lei da termodin mica, <var>8170</var> n o pode ser igual a zero. Isso implica que n o existem m quinas capazes de converter todo o calor em trabalho. <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] "R flexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres d velopper cette puissance" (Reflex es sobre a Pot ncia Motriz do Fogo e sobre M quinas Adequadas para Desenvolver Essa Pot ncia), Sadi Carnot, Annales scientifiques de l .N.S. 2e s rie, tome 1, p. 393-457 (1872)

(ID 11131)

Ciclo Otto: diagrama press o-volume

O ciclo de Otto [1] pode ser considerado uma solu o t cnica baseada no ciclo de Carnot. Nesse contexto, ele consiste em quatro est gios que s o realizados da seguinte maneira: • Est gio 1 para 2: Compress o adiab tica $(p_1,V_1,T_1)\rightarrow(p_2,V_2,T_2)$, • Est gio 2 para 3: Aquecimento $(p_2,V_2,T_2)\rightarrow(p_3,V_2,T_3)$, • Est gio 3 para 4: Expans o adiab tica $(p_3,V_2,T_3)\rightarrow(p_4,V_1,T_4)$, • Est gio 4 para 1: Resfriamento $(p_4,V_1,T_4)\rightarrow(p_1,V_1,T_1)$ Esses est gios s o ilustrados no seguinte diagrama: <druyd>image</druyd> No diagrama, ilustrado o fluxo de energia, onde <var>8170</var> adiciona energia, elevando a temperatura de <var>8490</var> para <var>8491</var>. Ele entra no sistema e realiza <var>8165,1</var> unidades de trabalho, enquanto o componente <var>8171</var> absorvido, diminuindo a temperatura de <var>8492</var> para <var>8489</var>. <img src='/static/icons/pub20.png' /> [1] "Verbrennungsmotor" (Motor de combust o interna), N. A. Otto, Kaiserlichen Patentamts, Patente 532, 2 de janeiro de 1877. Nota: Em 1862, Nikolaus Otto tentou construir o motor de combust o interna patenteado por Alphonse Beau de Rochas sem sucesso. Mais tarde, ele o modificou e conseguiu construir um funcional em 1877, fabricando 30.000 motores silenciosos e altamente confi veis. Ele patenteou seu projeto em 1877; no entanto, a patente foi posteriormente revogada devido exist ncia da patente de Alphonse Beau de Rochas, embora Rochas nunca tenha conseguido construir sua vers o. Como Otto foi o primeiro a fazer o motor funcionar, sua vers o lembrada hoje, denominando o processo de "Ciclo de Otto".

(ID 11140)

Elementos de uma geladeira

O motor Otto opera em dois ciclos: o ciclo Otto propriamente dito, que consiste nas seguintes fases: • Fase 1 para 2: Compress o adiab tica • Fase 2 para 3: Aquecimento • Fase 3 para 4: Expans o adiab tica • Fase 4 para 1: Resfriamento Al m disso, ele possui um ciclo para esvaziar os gases queimados e preencher com uma nova mistura. <druyd>image</druyd> Por essa raz o, ele chamado de motor de dois tempos. A fase de esvaziamento e preenchimento pode ser realizada usando uma massa de compensa o ou por meio de um segundo cilindro que opera fora de fase. A efici ncia <var>5245</var> do motor pode ser estimada usando <var>9959</var> e <var>6661</var> com a seguinte equa o: <druyd>equation=11163</druyd>

(ID 11142)

Efici ncia dependendo das temperaturas

(ID 15749)

Efici ncia em fun o do fator de compressibilidade

(ID 15750)

Modelo

<druyd>model</druyd>

(ID 15341)

Compress o adiab tica

Neste caso, do ponto inicial 1 ao ponto 2. Isso significa que durante a compress o adiab tica, o estado do g s muda de <var>8497</var> e <var>8489</var> para <var>8498</var> e <var>8490</var> da seguinte forma: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11160)

Calor fornecido

<var>8170</var> pode ser calculado a partir de <var>8481</var>, <var>8490</var> e <var>8491</var> usando a f rmula: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11157)

Expans o adiab tica

Neste caso, do ponto inicial 3 ao ponto 4. Isso significa que, durante a expans o adiab tica, o estado do g s muda de <var>8498</var> e <var>8491</var> para <var>8497</var> e <var>8492</var>, conforme: <druyd>kyon</druyd>.

(ID 11159)

Calor removido

<var>8171</var> pode ser calculado a partir de <var>8481</var>, <var>8492</var> e <var>8489</var> usando a f rmula: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11145)

Efici ncia dependendo das temperaturas

<var>5245</var> uma fun o de <var>8489</var>, <var>8490</var>, <var>8491</var> e <var>8492</var> igual a : <druyd>kyon</druyd>

(ID 11161)

Fator de compress o $r$

<var>5245</var> , em ltima inst ncia, uma fun o de <var>8497</var> e <var>8498</var>, e em particular, de <var>9959</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11162)

Efici ncia em fun o do fator de compressibilidade

<var>5245</var> pode ser calculado a partir de <var>9959</var> e <var>6661</var> no caso do ciclo Otto usando: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11163)

Calor espec fico dos gases a volume constante

<var>6662</var> igual a <var>8481</var> dividido por <var>5215</var>: <druyd>kyon</druyd>

(ID 11113)

ID:(1486, 0)