- Considere um ciclo Otto padrão a ar operando de acordo com os quatro tempos: 1-2: Compressão; 2-3: Adição de calor; 3-4: Expansão; 4-1: Rejeição de calor. A partir dos seus conhecimentos, responda:
a) Indique as particularidades de cada um dos processos citados, ou seja, se o mesmo é isobárico, isotérmico, isocórico, isentrópico ou isentálpico.
b) O desempenho do ciclo Otto pode ser obtido a partir da relação de compressão volumétrica:
(Equação 01). A partir do equacionamento do ciclo e de suas particularidades, desenvolva a fórmula de eficiência convencional (
) até a mesma assumir a expressão da Equação 01.
a) Indique as particularidades de cada um dos processos citados, ou seja, se o mesmo é isobárico, isotérmico, isocórico, isentrópico ou isentálpico.
b) O desempenho do ciclo Otto pode ser obtido a partir da relação de compressão volumétrica:
Passo 1
O enunciado trata do ciclo Otto ideal a ar com quatro processos no diagrama
–
:
–
: compressão;
–
: adição de calor;
–
: expansão;
–
: rejeição de calor.
O conteúdo envolvido é termodinâmica dos ciclos de motores de combustão interna, em especial processos isentrópicos e isocóricos, além do cálculo de eficiência com base em calor trocado.
O conteúdo envolvido é termodinâmica dos ciclos de motores de combustão interna, em especial processos isentrópicos e isocóricos, além do cálculo de eficiência com base em calor trocado.
Passo 2
Vamos classificar cada processo segundo sua característica termodinâmica:
– –
: compressão rápida sem troca de calor
isentrópico (adiabático reversível).
– –
: adição de calor a volume constante
isocórico (volume fixo).
– –
: expansão rápida sem troca de calor
isentrópico.
– –
: rejeição de calor a volume constante
isocórico.
–
–
–
–
Passo 3
Para derivar a eficiência convencional
note que, como
, basta calcular os calores a volume constante usando
:
Passo 4
Substituindo em
:
Passo 5
Como os processos
–
e
–
são isentrópicos, valem as relações
onde
é a taxa de compressão volumétrica e
.
Passo 6
Insirindo essas relações em
temos
Logo
que é exatamente a Equação (
).
Resposta
a)
–
: isentrópico;
–
: isocórico;
–
: isentrópico;
–
: isocórico.
b) A eficiência do ciclo Otto fica
b) A eficiência do ciclo Otto fica