Para mover um avião pelo ar,o impulso é gerado por algum tipo de sistema de propulsão. Começando com o primeiro vôo dos irmãos Wright,muitos aviões têm usado motores de combustão interna para turbinas para gerar impulso.Hoje em dia, a maioria dos aviões de aviação geral ou privados são movidos por motores de combustão interna (IC), muito parecidos com o motor do seu automóvel familiar. Ao discutir motores, devemos considerar tanto o funcionamento mecânico da máquina como os processos termodinâmicos que permitem que a máquina produza trabalho útil.Nesta página consideramos a termodinâmica do motor a quatro tempos.
Para entender como funciona um sistema de propulsão, devemos estudar a termodinâmica básica dos gases. Os gases têm várias propriedades que podemos observar com os nossos sentidos, incluindo a pressão do gás p,temperatura T,massa e volume V que contém o gás.Um processo termodinâmico, como o aquecimento ou a compressão do gás, altera os valores das variáveis de estado em amanner que é descrito pelos estatutos da termodinâmica. O trabalho feito por um gás e o aquecimento transferido para um gás depende dos estados inicial e final do gás e do processo utilizado para alterar o estado. Esta série de processos é chamada de ciclo e forma a base para entender o funcionamento do motor.
Nesta página discutimos o Ciclo Termodinâmico Otto que é usado em todos os motores de combustão interna. Usando o sistema de numeração de estágios do motor, começamos na parte inferior esquerda, sendo o estágio 1 o início do curso de entrada do motor. Entre a Fase 1 e a Fase 2 o pistão é puxado para fora do cilindro com a válvula de admissão aberta. A pressão permanece constante e o volume de gás aumenta conforme a mistura combustível/ar é puxada para dentro do cilindro através da válvula de admissão. Entre as Etapas 2 e 3, o pistão volta para dentro do cilindro, o volume de gás diminui e a pressão aumenta porque o trabalho é feito sobre o gás pelo pistão. A fase 3 é o início da combustão da mistura combustível/ar. Entre a fase 4 e a fase 5, o pistão é conduzido em direção à cambota, o volume aumenta e a pressão diminui com o gás no pistão. Na Etapa 5, a válvula de escape é aberta e o calor residual no gás é trocado com o ambiente. O volume é constante e a pressão ajusta-se de volta às condições atmosféricas. Na Etapa 6 começa o curso de exaustão do motor, durante o qual o pistão volta ao cilindro, o volume diminui e a pressurização é constante. No final do curso de escape, as condições voltam à fase 1 e o processo repete-se.
Durante o ciclo, o trabalho é feito no gás pelo pistão entre as fases 2 e 3. O trabalho é feito pelo gás no pistão entre as etapas 4 e 5. A diferença entre o trabalho feito pelo gás e o trabalho feito no gás é a área delimitada pela curva do ciclo e é o trabalho produzido pelo ciclo. O tempo de trabalho é igual à potência produzida pelo motor (ciclos por segundo).
A área delimitada pelo ciclo num diagrama p-V é proporcional ao trabalho produzido pelo ciclo. Nesta página nós temos mostrado um ciclo Otto ideal no qual não há entrada (ou saída) de calor no gás durante os cursos de compressão e potência, sem perdas por atrito, e queima instantânea ocorrendo em volume constante. Na realidade, o ciclo ideal não ocorre e há muitas perdas associadas com o processo de cada um. Essas perdas são normalmente contabilizadas por fatores de eficiência que se multiplicam e modificam o resultado ideal. Para um ciclo real, a forma do diagrama p-V é semelhante ao ideal, mas a área (trabalho) é sempre inferior ao valor ideal.
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