Determinar todos os elementos de um ciclo “Otto”, realizado com um gás que possui as características do ar e que tem as seguintes condições:
- Relação de compressão = 5,5
- Pressão máxima do ciclo
=32
- Temperatura inicial
=50^{\circ} \mathrm{C}
- Pressão inicial
=1 \mathrm{~atm}
OBS.: Entende-se por elementos: pressão, temperatura, calores específicos, trabalho, troca de calor, pressão média. Cp e Cv variam com a temperatura.
Usar sistema internacional.
=32
=50^{\circ} \mathrm{C}
=1 \mathrm{~atm}
Passo 1
O enunciado pede os estados e balanços de um ciclo Otto ideal em ar, com razão de compressão
, pressão inicial
atm, temperatura inicial
C e pressão máxima
atm. Vamos usar a modelagem de gás perfeito e processos isentrópicos para as compressões/expansões e volume constante para as trocas de calor.
Passo 2
Adotamos valores típicos de ar sob calor específico constante para receber estimativas sem tabela de
variável:
J/kg·K,
J/kg·K, razão de Calores
, constante do gás
J/kg·K.
Passo 3
Estado 1:
Pa,
K.
O volume específico é
O volume específico é
Passo 4
Estado 2 (compressão isentrópica de 1→2):
Passo 5
Estado 3 (aquecimento a volume constante de 2→3):
. Como
é dado, determinamos
Passo 6
Estado 4 (expansão isentrópica de 3→4):
Passo 7
Calores e trabalhos por kg de ar:
Trabalhos em cada processo usam
:
os demais são nulos, e o trabalho líquido é
Passo 8
Rendimento térmico e pressão média efetiva:
Resposta
Estado 1:
kPa,
K,
,m³/kg.
Estado 2:
kPa,
K,
,m³/kg.
Estado 3:
kPa,
K,
,m³/kg.
Estado 4:
kPa,
K,
,m³/kg.
Calores específicos usados: J/kg·K,
J/kg·K.
Calor adicionado kJ/kg, rejeitado
kJ/kg.
Trabalho da compressão kJ/kg, da expansão
kJ/kg, líquido
kJ/kg.
Rendimento .
Pressão média efetiva kPa.
Estado 2:
Estado 3:
Estado 4:
Calores específicos usados:
Calor adicionado
Trabalho da compressão
Rendimento
Pressão média efetiva