Motor a diesel: No ciclo Diesel um volume de ar (
) é comprimido adiabaticamente até um volume mínimo (
). A partir desse ponto o combustível é misturado com o ar comprimido e a mistura sofre uma expansão isobárica até atingir o volume
, depois sofre mais uma expansão adiabática e finalmente é resfriado a volume constante. Faça o diagrama
para o ciclo Diesel. A partir da análise do ciclo Diesel, deduza uma expressão para a eficiência desse ciclo em termos da razão de compressão máxima
, de
e de
. Por simplicidade assuma
. Considerando agora
e
, encontre o valor numérico da eficiência teórica do ciclo Diesel.
Passo 1
O enunciado descreve o ciclo Diesel ideal, que consiste de quatro processos consecutivos:
: compressão adiabática de
até
,
: adição de calor a pressão constante até
,
: expansão adiabática de
até
,
: rejeição de calor a volume constante de
de volta ao estado inicial.
Precisamos (i) esboçar o diagrama -
, (ii) deduzir a eficiência térmica
em função de
Precisamos (i) esboçar o diagrama
e (iii) calcular numericamente
para
,
e
.
Passo 2
O diagrama
-
do ciclo Diesel é o seguinte:
– Traço : curva adiabática de compressão, pressão e temperatura sobem enquanto o volume cai de
a
.
– Traço : linha horizontal (isobárica) onde o calor de combustão é admitido e o volume cresce até
.
– Traço : curva adiabática de expansão até o volume
.
– Traço : segmento vertical (isochoric) onde o calor é rejeitado e a pressão retorna ao valor inicial.
– Traço
– Traço
– Traço
– Traço
Passo 3
Para um gás perfeito e processos adiabáticos ou isobáricos valem:
– Entre e
(adiabático):
– Entre
– Entre
e
(isobárico):
– Entre
e
(adiabático):
Passo 4
O calor recebido no processo
é
e o calor rejeitado em
é
Passo 5
A eficiência térmica é
Definindo a razão de corte
, obtemos a forma clássica
Passo 6
Para
,
,
temos
Logo
Resposta
A eficiência teórica do ciclo Diesel, para
,
e
, é aproximadamente
.