Um motor a diesel ideal tem uma razão de compressão de 20 e usa ar como fluido de trabalho. O estado do ar no início do processo de compressão é de 95 kPa e 20 ^circ C. Considerando que a temperatura máxima do ciclo não pode exceder 2200 K , determine (a) a eficiência térmica e (b) a pressão média efetiva. Considere calores específicos constantes para o ar à temperatura ambiente.
V
Tabela A 20
l r=V1V2=20 P1=95 kPa T1=20^circ C=293 K T3=2200 K (Imposicilo metaturgica)
cp=1,005 kJkgK
Cv=0,718 kJkgK
1

Passo 1

Beleza, aqui o que a questão pede e o que temos:
– É um motor “ideal” (tipo Otto) com razão de compressão T2 = T1,r^gamma-1, T4 = T3,r^-(gamma-1), .
– Estado inicial do ar: eta = 1 - r^,1-gamma , wnet = cp,(T3-T4);-;cv,(T2-T1) .
– Temperatura máxima do ciclo pmef=wnetv1 - v2, .
– Calores específicos (constantes):
v1=R,T1P1, v2=v1r, R=cp-cv ,
.
O que precisamos calcular:
(a) eficiência térmica do ciclo Otto.
(b) pressão média efetiva .
Para isso vamos usar a teoria do ciclo Otto:
– processos 1–2 e 3–4 são isoentrópicos, então
onde .
– eficiência térmica:
– trabalho líquido específico , que dá
– a pressão média efetiva é
com volumes específicos de 1 kg de ar

Passo 2

Calcular gamma = cpcv = 1,0050,718approx1,40, R = cp - cv = 1,005 - 0,718 = 0,287rm,kJ/(kg,K) e a constante dos gases :

Passo 3

A temperatura após a compressão isoentrópica (ponto 2):
T2 = T1,r^gamma-1 = 293,(20)^1,40-1 = 293,(20)^0,40 approx 293 times 3,32 approx 973rm,K

Passo 4

A temperatura no fim da expansão isoentrópica (ponto 4):
T4 = T3,r^-(gamma-1) = 2200,(20)^-0,40 = 2200 times 13,32 approx 662rm,K

Passo 5

Eficiência térmica do ciclo Otto:
eta = 1 - r^,1-gamma =1 - (20)^,1-1,40 =1 - (20)^-0,40 =1 - 13,32 approx 1 - 0,301 approx 0,699 l(69,9%r)

Passo 6

Trabalho líquido por kg de ar:
wnet = cp,(T3-T4) - cv,(T2-T1) =1,005,(2200-662);-;0,718,(973-293)
wnet =1,005times1538 ;-;0,718times680 approx1545,7 - 488,2 approx1057,5rm,kJ/kg

Passo 7

Volumes específicos nos pontos 1 e 2:
v1 = R,T1P1 = 0,287times29395 approx0,886rm,m^3/kg, v2=v1r approx0,88620 approx0,0443rm,m^3/kg

Passo 8

Pressão média efetiva:
pmef =wnetv1-v2 =1057,50,886-0,0443 approx1057,50,8417 approx1256rm,kPa approx1,26rm,MPa

Resposta

(a) (70%)
(b)

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