P-1 No início do processo de compressão de um ciclo de ar-padrão Otto,
e
. A temperatura máxima do ciclo é 2200 K e a taxa de compressão é 8. Considerando calores específicos constantes, determine (a) o calor adicionado ao ciclo; (b) o trabalho líquido; (c) a eficiência térmica do ciclo; (d) a pressão média efetiva e(e) desenhe os diagramas P-v e T-s do ciclo, representando todos os estados e processos do ciclo
Passo 1
Resumo do enunciado: temos um ciclo Otto ideal com ar (modelo de gás perfeito e calores específicos constantes), razão de compressão
, pressão e temperatura iniciais
,
, e temperatura máxima do ciclo
. Precisamos achar
(a) o calor adicionado ,
(b) o trabalho líquido do ciclo ,
(c) a eficiência térmica ,
(d) a pressão média efetiva ,
(e) esboçar os diagramas -
e
-
com todos os estados e processos.
Vamos adotar massa de trabalho , constantes do ar
,
,
, razão de calores
.
(a) o calor adicionado
(b) o trabalho líquido do ciclo
(c) a eficiência térmica
(d) a pressão média efetiva
(e) esboçar os diagramas
Vamos adotar massa de trabalho
Passo 2
Determinar as variáveis dos estados
,
e
usando as relações de processo isentrópico (
e
) e volume constante (
e
).
. Volume específico inicial
Passo 3
Calcular o calor adicionado e rejeitado usando
.
Passo 4
O trabalho líquido é
A eficiência térmica do ciclo Otto é
Passo 5
A pressão média efetiva
:
Passo 6
Esboço dos diagramas:
P-v (unidade arbitrária de escala):
P \uparrow
|
\(3\) | \(\bullet\)
| | \(2\to 3\) calor a \(V=c\)onst
| \(4\to 1\) | \downarrow
\(\bullet\)-----\(\bullet\)----\(\to\) v
\(4121\to 2\) isentrópico
\(3\to 4\) isentrópico
T-s (unidade arbitrária de escala):
T \uparrow
|
| \(\bullet 3\)
| \nwarrow \(2\to 3\) calor a \(V=c\)onst
| |
| \(\bullet 2\)
| |
| \downarrow \(\bullet 4\)
| \(4\to 1\) calor a \(V=c\)onst
\(\bullet 1\to\) s
\(1\to 2\) e \(3\to 4\) verticais (isentrópicos)
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) Diagramas P-v e T-s conforme esboçado acima.
(b)
(c)
(d)
(e) Diagramas P-v e T-s conforme esboçado acima.