7- Um ciclo padrão a ar executado em um sistema fechado é formado por quatro processos:
1-2: compressão isoentrópica de 100 kPa e
até 1 MPa
2-3: fornecimento de
de calor a pressão constante
3-4: rejeição de calor a volume constante até 100 kPa
4-1: rejeição de calor a pressão constante de volta ao estado inicial
a- Mostre o ciclo nos diagramas P-v e T-s
b- Calcule a temperatura máxima do ciclo
c- Determine a eficiência térmica.
Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente.
Respostas: (b) 3360 Ke (c) 21%
1-2: compressão isoentrópica de 100 kPa e
2-3: fornecimento de
3-4: rejeição de calor a volume constante até 100 kPa
4-1: rejeição de calor a pressão constante de volta ao estado inicial
a- Mostre o ciclo nos diagramas P-v e T-s
b- Calcule a temperatura máxima do ciclo
c- Determine a eficiência térmica.
Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente.
Respostas: (b) 3360 Ke (c) 21%
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo fechado de ar ideal composto por quatro processos:
1–2: compressão isoentrópica de ,
até
.
2–3: aquecimento à pressão constante, com entrada de .
3–4: rejeição de calor a volume constante até .
4–1: rejeição de calor a pressão constante até retornar ao estado inicial.
Conteúdo: gás ideal com e
constantes, processo isoentrópico e trocas de calor a
ou
constantes. Precisamos desenhar o ciclo nos diagramas
–
e
–
, achar a temperatura máxima e a eficiência térmica.
1–2: compressão isoentrópica de
2–3: aquecimento à pressão constante, com entrada de
3–4: rejeição de calor a volume constante até
4–1: rejeição de calor a pressão constante até retornar ao estado inicial.
Conteúdo: gás ideal com
Passo 2
Esboço qualitativo do ciclo:
Diagrama
–
(eixo vertical
, horizontal
):
1–2: curva isoentrópica subindo (compressão, ).
2–3: reta horizontal à direita constante,
.
3–4: reta vertical para baixo constante,
.
4–1: reta horizontal à esquerda constante,
.
1–2: curva isoentrópica subindo (compressão,
2–3: reta horizontal à direita
3–4: reta vertical para baixo
4–1: reta horizontal à esquerda
Diagrama
–
(vertical
, horizontal
):
1–2: linha vertical para cima constante,
.
2–3: curva ascendente e à direita constante,
.
3–4: curva descendente e à esquerda constante,
.
4–1: curva descendo e à esquerda constante,
.
1–2: linha vertical para cima
2–3: curva ascendente e à direita
3–4: curva descendente e à esquerda
4–1: curva descendo e à esquerda
Passo 3
Adotamos propriedades do ar:
Estado 1:
Passo 4
Processo 1–2 (isoentrópico):
logo
Passo 5
Processo 2–3 (calor a
constante):
Este é o valor máximo de temperatura do ciclo.
Passo 6
Processo 3–4 (rejeição de calor a
constante):
Passo 7
Calor rejeitado no trecho 3–4:
(Em módulo
.)
Processo 4–1 (rejeição a
constante):
Total de calor rejeitado:
Passo 8
Eficiência térmica:
Resposta
(b)
(aproximadamente
).
(c) .
(c)