O motor a diesel, também chamado de motor de ignição por compressão é um motor no qual ocorre combustão interna, sem o uso de faísca oriunda de velas, como nos automóveis convencionais. Este modelo de motor foi inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel e é caracterizado pelo fato da inflamação do combustível se dar pela reação entre o óleo que é injetado no momento em que o pistão está muito próximo do ponto morto superior, caracterizando a máxima compressão com o ar que está comprimido entre o pistão e o cabeçote.
A principal diferença entre o motor a gasolina e o motor diesel está na questão da robustez; têm-se para os motores a gasolina um funcionamento com a taxas de compressão variando na faixa de 8:1 a 12:1, enquanto para o motor diesel têm-se essa variação na faixa de 14:1 a 25:1.
Nos motores diesel não ocorre a aspiração de mistura ar combustível, como ocorre nos motores Otto. Neste tipo de concepção é feita uma injeção de óleo (que atuará como combustível) no momento em que ocorre a máxima compressão. Sendo assim, têm-se uma alta taxa de oxigênio no volume comprimido fazendo com que o óleo combustível entre em combustão, eliminando assim a necessidade da ignição elétrica para a explosão.
Neste ponto entra uma questão importante relacionada ao ciclo Diesel: O número de Cetanas, que é definido como a facilidade com que um combustível entra em auto-ignição. Devido a característica dos ciclos diesel de realizar a combustão através da compressão do combustível é desejável que este entre facilmente em auto-ignição, ao contrario dos ciclos Otto, onde deseja-se alta resistência a compressão (elevada Octanagem).
Diagramas Reais
Os diagramas do ciclo podem ser analisados abaixo, já tendo destacadas as fases mais importantes, com esquematização da posição do pistão para cada uma das fases.
Ciclo Diesel
Figura 1: Ciclo real para um Motor Diesel 4 tempos
Outro diagrama interessante, além do diagrama PxV acima é o diagrama da figura 2, que relaciona a pressão com o ângulo de rotação do virabrequim. Tal diagrama apresenta nas abscissas os valores de pressão e para as ordenadas os valores da angulação do virabrequim, trazendo ainda informações relativas aos estágios do ciclo e questões de injeção de combustível e abertura de válvulas.
Figuras
Figura 5: Ciclo real para um Motor Diesel 4 tempos
Teoria Versus Prática
É aplicável realizar uma modelagem para o estudo dos ciclos diesel. O ciclo encontrado na prática nos motores é complexo e de difícil estudo. Temos desde complexidades do fluido ativo, que tem sua composição alterada durante o processo, até complexidades inerentes ao ciclo, como folgas e rendimento.
A modelagem que se faz visa adaptar o ciclo Diesel real ao ciclos padrão a ar Diesel, sendo feitas algumas considerações e sugestões de hipóteses. Por esse motivo, aplica-se em geral para a obtenção de analises qualitativas, salvo alguns casos onde pode-se extrair analise quantitativas. De modo geral, o ciclo padrão considera:
– O fluido ativo como sendo ar puro (considerado gás perfeito);
– Não há admissão nem escape;
– Os processos de compressão e expansão são considerados isoentrópicos;
– A combustão é substituída por um fornecimento de calor ao fluido ativo a partir de uma fonte quente (processo isobárico ou isocórico);
– O fechamento do ciclo é feito pela retirada de calor do fluido ativo, para uma fonte fria (normalmente processo isocórico);
– Todos os processos são considerados reversíveis.
Ciclo Padrão a ar Diesel
Dessa forma há a simplificação dos gráficos e diagramas, sendo que podemos então apresentar, então os diagramas PxV e TxS da seguinte forma:
Modelos
Figura 3: Diagramas PxV e TxS para o ciclo padrão a ar Diesel
Com esta aproximação através da modelagem, têm-se uma maior praticidade no estudo do fenômeno, uma vez que aproximando o modelo real para este modelo tendendo a situação ideal, tem-se a presença de processos com equacionamento possível e simplificado. Ao comparar o diagrama PxV modelado com o diagrama PxV real fica evidente a simplificação obtida.
