Em um ciclo padrão a ar Otto, toda a transferência de calor
ocorre a volume constante. Seria mais realístico admitir que parte de
ocorra após o pistão ter iniciado o movimento descendente do curso de expansão. Portanto, considere um ciclo similar ao Otto em que os primeiros dois terços do
total ocorram a volume constante e que o terço final ocorra a pressão constante. Admita que o
total desse ciclo seja 2
, que a pressão e a temperatura no início do processo de compressão sejam iguais a 90 kPa e
, e que a relação de compressão seja 9:1. Calcule o rendimento térmico, os valores máximos para a pressão e a temperatura no ciclo, e compare os resultados obtidos com aqueles referentes ao ciclo Otto convencional, que apresenta as mesmas características.
Passo 1
Vamos resumir o que temos e o que precisamos usar. Trata-se de um ciclo de ar ideal com
,
e
. No início do processo de compressão temos
e a relação de compressão é
. O calor total adicionado é
, sendo
a volume constante e
a pressão constante. Vamos usar:
– Para processos adiabáticos reversíveis:
– Para processos adiabáticos reversíveis:
– Para calor a volume constante:
.
– Para calor a pressão constante: .
– Para calor a pressão constante:
Passo 2
Cálculo do estado 2 (após compressão adiabática):
Passo 3
Calor adicionado a volume constante (
). Seja o estado intermediário
.
Como o volume não muda,
Passo 4
Calor adicionado a pressão constante (
). Do estado
ao estado 3:
Passo 5
Expansão adiabática do estado 3 ao 4 (mesma razão
):
Passo 6
Rejeição de calor a volume constante do estado 4 ao 1:
Trabalho líquido por ciclo
e rendimento térmico
Passo 7
Agora o ciclo Otto convencional com mesma
e mesmo
:
– e
iguais.
– Calor todo a volume constante até :
–
– Calor todo a volume constante até
– Rendimento teórico
Resposta
Ciclo modificado (2/3 do calor a
const., 1/3 a
const.):
,
pressão máxima ,
temperatura máxima .
pressão máxima
temperatura máxima
Ciclo Otto convencional (todo calor a
const., mesmas
e
):
,
,
.
Ou seja, o ciclo com parte do calor a pressão constante fica ligeiramente mais eficiente (
contra
), mas atinge temperaturas e pressões máximas menores.