Ciclo duplo: 11 fatores importantes relacionados a ele

Conteúdo : Ciclo Duplo

O que é o ciclo duplo?

Ciclo de combustão dupla | Ciclo misto | Ciclo Sabathe

O ciclo duplo tem o nome do engenheiro russo-alemão Gustav Trikler. É também conhecido como ciclo misto, ciclo Trinkler, ciclo seiliger ou ciclo sabathe.

O ciclo duplo é uma combinação de ciclo Otto de volume constante e ciclo diesel de pressão constante. A adição de calor ocorre em duas partes neste ciclo. A adição parcial de calor ocorre em volume constante semelhante ao ciclo Otto, enquanto a adição parcial de calor restante ocorre em pressão constante semelhante ao ciclo diesel. A importância desse método de adição de calor é que ele dá mais tempo ao combustível para a combustão completa.

Diagrama PV de ciclo duplo | Diagrama de TS de ciclo duplo

O ciclo duplo compreende as seguintes operações:

O processo 1-2 segue o processo adiabático ou reversível Isentrópico compressão
No Processo 2-3, a adição de calor parcial de volume constante ocorre
No Processo 3-4, a adição de calor parcial de pressão constante ocorre
O processo 4-5 segue a expansão adiabática ou isentrópica reversível.
No Processo 5-1 ocorre rejeição de calor de volume constante

Diagrama de TS de ciclo duplo — Diagrama TS
Crédito da imagem:Shoji Yamauchi, Gráfico TS do Ciclo de Sabathe, CC BY-SA 4.0

Diagrama PV de ciclo duplo — Diagrama PV
Crédito da imagem: Shoji Yamauchi, Gráfico PV do Ciclo de Sabathe, CC BY-SA 4.0

Eficiência de ciclo duplo | Eficiência térmica de ciclo duplo

A eficiência do ciclo duplo é dada por

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Onde, r_p = Razão de pressão = P₃/P₂

r_k = taxa de compressão = V₁/V₂

r_c = razão de corte = V₄ /V₃

r_e = razão de expansão = V₅/V₄

Quando rc = 1, o ciclo se torna Ciclo Otto

rp = 1, o ciclo se torna ciclo diesel.

Diagrama de PV e TS de ciclo duplo

Ciclo de duelo 1 — Diagrama PV
Crédito da imagem: Shoji Yamauchi, Gráfico PV do Ciclo de Sabathe, CC BY-SA 4.0

Ciclo de duelo 2 — Diagrama TS
Crédito da imagem:Shoji Yamauchi, Gráfico TS do Ciclo de Sabathe, CC BY-SA 4.0

Ciclo duplo padrão de ar | Derivação de eficiência de ciclo duplo

O ciclo duplo compreende as seguintes operações:

O processo 1-2 segue o processo adiabático ou reversível Isentrópico compressão
No Processo 2-3, a adição de calor parcial de volume constante ocorre
No Processo 3-4, a adição de calor parcial de pressão constante ocorre
O processo 4-5 segue a expansão adiabática ou isentrópica reversível.
No Processo 5-1 ocorre rejeição de calor de volume constante

O calor total fornecido é dado por

$Q_s=mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3]$

Onde o calor é fornecido em volume constante

$Q_v= mC_v [T_3-T_2]$

Onde o calor é fornecido a pressão constante

$Q_p= mC_p [T_4-T_3]$

Calor rejeitado em volume constante é dado por

$Q_r = mC_v [T_5-T_1]$

A eficiência do ciclo duplo é dada por

$\\eta=\\frac{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3 ]-mC_v [T_5-T_1 ])}{(mC_v [T_3-T_2 ]+mC_p [T_4-T_3])}$

$\\\\\\eta=1-\\frac{(T_5-T_1)}{([T_3-T_2 ]+\\gamma[T_4-T_3])}\\\\\\\\ \\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Onde, r_p = Razão de pressão = P₃/P₂

r_k = taxa de compressão = V₁/V₂

r_c = razão de corte = V₄ /V₃

r_e = razão de expansão = V₅/V₄

Quando r_c = 1, o ciclo torna-se ciclo Otto

r_p= 1, o ciclo torna-se ciclo diesel.

Pressão média efetiva de ciclo duplo

A pressão efetiva média de ciclo duplo é dada por

$M.E.P=\\frac{(P_1 [\\gamma r_p r_k^\\gamma (r_c-1)+r_k^\\gamma (r_p-1)-r_k (r_p r_c^\\gamma-1) ] )}{ (\\gama-1)(r_k-1) }$

Onde, r_p = Razão de pressão = P₃/P₂

r_k = taxa de compressão = V₁/V₂

r_c = razão de corte = V₄ /V₃

r_e = razão de expansão = V₅/V₄

Ciclo duplo Otto Diesel Diagrama

Ciclo de duelo Otto Diesel — Crédito de imagem: Wikipedia Commons

Comparação entre Otto, diesel e ciclo duplo

Caso 1: para taxa de compressão semelhante e i / p de calor semelhante, esta relação será

[Q_in]_oito = [Q_in]_Diesel

[Q_R]_oito<[Q_R]_Diesel

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

Neste caso de mesma taxa de compressão e entrada de calor igual, será

$\\eta_D<\\eta_{dual}<\\eta_O$

Caso 2: neste caso de mesma taxa de compressão e mesma rejeição de calor, esta relação será

[Q_in]_oito> [Q_in]_Diesel

[Q_R]_oito= [Q_R]_Diesel

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D<\\eta_O$

Neste caso, mesma taxa de compressão e mesma rejeição de calor.

Veja também Como funciona um transformador: 9 respostas que você deve saber

$\\eta_D<\\eta_{dual}<\\eta_O$

Caso 3: Neste caso, mesma Temperatura Máxima e mesma rejeição de calor.

[Q_R]_oito= [Q_R]_Diesel

[Q_in]_Diesel> [Q_in]_oito

$\\\\\\eta=1-\\frac{Q_R}{Q_{in}}\\\\\\\\ \\eta_D>\\eta_O$

Para a mesma temperatura máxima e mesma rejeição de calor

$\\eta_D>\\eta_{dual}>\\eta_O$

Ciclo do motor bicombustível | Ciclo duplo misto

Motor de ciclo duplo

O motor bicombustível funciona principalmente no ciclo diesel. O combustível gasoso [gás natural] é introduzido no sistema de admissão do motor por meio de um superalimentador em alta pressão atmosférica.

Durante o curso de sucção, a proporção mais pobre de ar para combustível [mistura de ar para gás natural] é puxada para dentro do cilindro, seguindo o ciclo de Otto, assim como usado em um motor com ignição por faísca. Uma pequena carga de combustível piloto é injetada perto do centro morto superior e, semelhante ao motor CI, ele acende perto do final do curso de compressão, fazendo com que o gás secundário queime. A combustão ocorre de forma suave e rápida.

No motor de combustível duplo, o combustível piloto e o combustível secundário queimam simultaneamente em um motor de ignição por compressão. Após a compressão do combustível secundário no curso de sucção, o combustível piloto é usado como fonte de ignição.

O custo operacional deste motor é inferior ao do motor diesel convencional, sem comprometer a potência de entrega, alto torque e resposta transitória.

Aplicação de ciclo duplo

O ciclo duplo é amplamente usado para pequenos motores de propulsão e máquinas pesadas portáteis, como máquinas de perfuração, por empresas como a Cummins, etc. A principal razão do ciclo duplo ser usado em equipamentos móveis é que ele fornece uma alta relação potência / massa em comparação com o ciclo Otto e diesel.
Eles têm ampla gama de aplicação em aeronaves e navios. Os motores de ciclo duplo também são chamados de motores marítimos.

Vantagem do ciclo duplo

Maior rendimento de calor - o metano tem a maior produção térmica por unidade de massa de combustível, com 50,500kJ / kg de metano queimado em comparação com 44,390kJ de calor / kg de gasolina queimada ou 43,896kJ de calor / kg de diesel queimado. Muitos motores de combustão dupla usam gás natural cujo conteúdo primário é o metano como combustível de partida devido à sua maior produção de calor.
Com um motor de combustão dual, dois combustíveis devem ser comprados em vez de um. Isso pode ajudar quando o navio estiver com pouco combustível e o local de reabastecimento não tiver um dos dois combustíveis que o motor absorve.
Um equilíbrio potencial entre combustível limpo e armazenamento econômico - o gás natural precisa de maior pressão e volume de armazenamento, mas oferece melhor eficiência de combustão. O diesel é mais fácil de armazenar (é um óleo líquido), mas não queima tão rapidamente na mesma temperatura e pressão que os outros combustíveis. Com um motor de combustão dupla, pode-se dar partida no motor a diesel e depois passar para o gás natural quando o espaço de combustão estiver quente o suficiente.

Problemas e soluções de ciclo duplo

Um motor CI tem uma taxa de compressão de 10. O calor liberado em volume constante é 2/3 do calor total, enquanto o restante é liberado em pressão constante. A pressão e temperatura iniciais são 1 bar e 27^oC. A pressão máxima do ciclo é de 40 bar. Encontre a temperatura no final da compressão e expansão. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Solução: r_k = 10,P₁ = 1 barra = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K, P₃ = P₄ = 40 bar, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

Veja também Umidade Específica vs Umidade Relativa: Relação, Diferenças e Fatos

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Entrada de calor em volume constante

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Um ciclo duplo padrão de ar antes do ar de compressão está em 100 kPa e 300K. Durante a compressão, o volume muda de 0.07 m³ para 0.004m³. Para adição de calor de pressão constante, a temperatura varia de 1160 C a 1600 C. Encontre a taxa de compressão; pressão efetiva média e razão de corte para o ciclo.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K

Taxa de compressão

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160C = 1433 K,T₄ = 1600 C = 1873 K

Para o processo de compressão isentrópica

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Razão de corte

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Para processo de expansão isentrópica

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Calor total fornecido

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\Q_s=793.81kJ$

Calor rejeitado

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

Trabalho realizado é dado por

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Pressão média efetiva para ciclo duplo

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

Perguntas frequentes

Q.1) onde o ciclo duplo é usado?

Resposta: - O ciclo duplo é amplamente utilizado para motores de propulsão pequenos e máquinas pesadas portáteis como máquinas de perfuração por empresas como a Cummins etc. ciclo diesel.

Eles têm ampla gama de aplicação em aeronaves e navios. Os motores de ciclo duplo também são chamados de motores marítimos.

Q.2) qual é a eficiência do ciclo duplo?

A eficiência do ciclo duplo é dada por

$\\eta_{dual}=1-\\frac{1}{r_k^{\\gamma -1}}[\\frac{r_pr_c^\\gamma -1}{(r_p-1)+r_p\\gamma (r_c-1)}]$

Onde, r_p = Razão de pressão = P₃/P₂

r_k = taxa de compressão = V₁/V₂

r_c = razão de corte = V₄ /V₃

r_e = razão de expansão = V₅/V₄

Quando r_c = 1, O ciclo se torna o ciclo Otto

r_p= 1, o ciclo torna-se ciclo diesel.

Q.3) qual é a importância do ciclo duplo nas operações do motor diesel?

O custo operacional deste motor é inferior ao do motor diesel convencional, sem comprometer a potência de entrega, alto torque e resposta transitória.

Q.4) por que o ciclo dual é conhecido como ciclo misto?

Veja também Tipos de bomba de deslocamento positivo: e funções

O custo operacional deste motor é inferior ao do motor diesel convencional, sem comprometer a potência de entrega, alto torque e resposta transitória.

Q.5) qual é a taxa de corte em ciclo duplo?

A taxa de corte para ciclo duplo é dada por

r_c = razão de corte = V₄ /V₃

Onde, V₄ = volume após adição parcial de calor a pressão constante

V₃ = volume após adição parcial de calor em volume constante

Q.6) O que é o diagrama de PV e TS de ciclo duplo ?

Para ver a resposta Clique aqui

Q.7) Exemplo de ciclo duplo resolvido.

Um motor CI tem uma taxa de compressão de 10. O calor liberado em volume constante é 2/3 do calor total, enquanto o restante é liberado em pressão constante. A pressão e temperatura iniciais são 1 bar e 27^oC. A pressão máxima do ciclo é de 40 bar. Encontre a temperatura no final da compressão e expansão. [PV^1.35 = C, ϒ = 1.4]

Solução: r_k = 10,P₁ = 1 barra = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K, P₃ = P₄ = 40 bar, PV^1.35 = C, ϒ = 1.4

$\\\\T_2=T_1 r_k^{n-1}=300*10^{0.35}=671 K\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^n=100*10^{1.35}=2238.7 kPa\\\\\\\\ \\frac{P_2}{P_3}=\\frac{T_2}{T_3}\\\\\\\\ \\frac{2238.7}{671}=\\frac{400}{T_3}\\\\\\\\ T_3=1199\\;K$

Entrada de calor em volume constante

$\\\\Q_v=C_v [T_3-T_2 ]=0.718*[1199-671]=379kJ/kg\\\\\\\\ (2/3)*Q=Q_v\\\\\\\\ Q =(3/2)*379=568.5 kJ/kg\\\\\\\\ C_p [T_4-T_3 ]=Q/3\\\\\\\\ 1.005*[T_4-1199]=568.5/3 \\\\\\\\ T_4=1387.55K$

$\\\\r_c=(V_4/V_3) =(T_4/T_3) =(1387.55/1199)=1.157\\\\\\\\ r_e=\\frac{r_k}{r_c} =\\frac{10}{1.157}=8.64\\\\\\\\ T_5=\\frac{T_4}{r_e^{n-1}} =\\frac{1387.55}{8.64^{0.35}} =652.33 K$

Um ciclo duplo padrão de ar antes do ar de compressão está em 100 kPa e 300K. Durante a compressão, o volume muda de 0.07 m³ para 0.004m³. Para adição de calor de pressão constante, a temperatura varia de 1160 C a 1600 C. Encontre a taxa de compressão; pressão efetiva média e razão de corte para o ciclo.

P₁ = 100 kPa, T₁= 27 C = 300K

Taxa de compressão

$r_k=[V_1/V_2] =[0.07/0.004]=17.5$

T₃ = 1160C = 1433 K,T₄ = 1600 C = 1873 K

Para o processo de compressão isentrópica

$\\\\P_1 V_1^\\gamma=P_2 V_2^\\gamma\\\\\\\\ P_2=P_1 r_k^{\\gamma}=100*17.5^{1.4}=5498.6 kPa\\\\\\\\ \\frac{T_2}{T_1}=r_k^{\\gamma -1}\\\\\\\\ T_2=300*17.5^{1.4-1}=942.6 K$

Razão de corte

$\\\\r_c=[T_4/T_3 ]=[1873/1433]=1.307\\\\\\\\ Also \\;\\\\\\\\ r_c=[V_4/V_3] =1.307\\\\\\\\ V_4=1.307*0.004=5.228*10^{-3} m^3$

Para processo de expansão isentrópica

$\\\\T_5/T_4 =[V_4/V_5] ^{\\gamma-1}\\\\\\\\ (T_5/1873)=[\\frac{(5.228*10^{-3})}{0.07}]^{1.4-1}\\\\\\\\ T_5=663.48 K$

Calor total fornecido

$\\\\Q_s=C_v [T_3-T_2 ]+C_p [T_4-T_3 ]\\\\\\\\ Q_s=0.717*(1433-942.6)+1.005*(1873-1433)\\\\\\ \\Q_s=793.81kJ$

Calor rejeitado

$\\\\Q_r=C_v (T_5-T_1)\\\\\\\\ Q_r=0.717*(663.45-300)=260.6 kJ$

Trabalho realizado é dado por

$W = Q_s-Q_r = 793.81-260.6 = 533.21 kJ$

Pressão média efetiva para ciclo duplo

$\\\\MEP=\\frac{W}{(V_1-V_2 )}\\\\\\\\ MEP=\\frac{W}{V_1-\\frac{V_1}{17.5}}=\\frac{533.21}{0.07-\\frac{0.07}{17.5}}\\\\\\\\ MEP=8078.94 kPa=8.0789 MPa$

Para saber sobre o processo politrópico (clique aqui)e número de Prandtl (Clique aqui)

Hakimuddin Bawangaonwala

Sou Hakimuddin Bawangaonwala, engenheiro de projeto mecânico com experiência em projeto e desenvolvimento mecânico. Concluí M. Tech em Engenharia de Design e tenho 2.5 anos de experiência em pesquisa. Até agora foram publicados dois artigos de pesquisa sobre torneamento duro e análise de elementos finitos de acessórios de tratamento térmico. Minha área de interesse é projeto de máquinas, resistência de materiais, transferência de calor, engenharia térmica, etc. Proficiente em software CATIA e ANSYS para CAD e CAE. Além de Pesquisa.

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O que é o ciclo duplo?

Ciclo de combustão dupla | Ciclo misto | Ciclo Sabathe

Diagrama PV de ciclo duplo | Diagrama de TS de ciclo duplo

Eficiência de ciclo duplo | Eficiência térmica de ciclo duplo

Diagrama de PV e TS de ciclo duplo

Ciclo duplo padrão de ar | Derivação de eficiência de ciclo duplo

O ciclo duplo compreende as seguintes operações:

Pressão média efetiva de ciclo duplo

Ciclo duplo Otto Diesel Diagrama

Comparação entre Otto, diesel e ciclo duplo

Ciclo do motor bicombustível | Ciclo duplo misto

Motor de ciclo duplo

Aplicação de ciclo duplo

Vantagem do ciclo duplo

Problemas e soluções de ciclo duplo

Taxa de compressão

Para o processo de compressão isentrópica

Razão de corte

Para processo de expansão isentrópica

Calor total fornecido

Calor rejeitado

Trabalho realizado é dado por

Pressão média efetiva para ciclo duplo

Perguntas frequentes

Q.1) onde o ciclo duplo é usado?

Q.2) qual é a eficiência do ciclo duplo?

Q.3) qual é a importância do ciclo duplo nas operações do motor diesel?

Q.4) por que o ciclo dual é conhecido como ciclo misto?

Q.5) qual é a taxa de corte em ciclo duplo?

Q.6) O que é o diagrama de PV e TS de ciclo duplo ?

Q.7) Exemplo de ciclo duplo resolvido.

Entrada de calor em volume constante

Taxa de compressão

Para o processo de compressão isentrópica

Razão de corte

Para processo de expansão isentrópica

Calor total fornecido

Calor rejeitado

Trabalho realizado é dado por

Pressão média efetiva para ciclo duplo

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