Um motor a dois tempos, 4 cilindros, trabalha em condições teóricas em um ciclo misto a ar ideal. Sabendo-se que sua potência é de 80 \mathrm{kW}\left(\mathrm{N}_{in} \mathrm{d}\right) ; \mathrm{e}=12 \mathrm{~cm} ; \mathrm{D}=10 \mathrm{~cm}; \mathrm{n}=3200 \mathrm{rpm}; rendimento volumétrico 0,92 ; condições no início da compressão 50^{\circ} \mathrm{C} e 1,2 bar; relação de compressão 14 e grau de injeção = 1,3.
Pede-se:
a) A massa de ar em circulação.
b) As características p, v, t dos vários estados.
c) A pressão média teórica.
d) O rendimento e a relação de trabalho.
b) As características p, v, t dos vários estados.
c) A pressão média teórica.
d) O rendimento e a relação de trabalho.
Passo 1
O enunciado descreve um motor a dois tempos de
cilindros que, em condições teóricas, opera segundo o ciclo misto (dual cycle) com ar ideal. Os dados são:
- Potência indicada
- Curso do pistão
- Diâmetro do cilindro
- Rotação
- Rendimento volumétrico
- Condições de admissão
, - Taxa de compressão
- Grau de injeção (interpreto como razão de corte a pressão constante)
Para o item (a) precisamos apenas de mecânica de fluido ideal e dados de admissão; para (b),(c),(d) seria necessário conhecer o calor total adicionado (ou a massa de combustível e seu poder calorífico) para determinar
,
, a pressão média teórica e a eficiência térmica.
Passo 2
Calcular o volume útil (deslocamento) de um cilindro e o deslocamento total por ciclo:
Como o motor tem
cilindros e, por ser dois-tempos, faz uma admissão por giro de virabrequim, o volume admitido por minuto (teórico) é
Convertendo para
:
Passo 3
Determinar a densidade do ar nas condições de admissão e, com isso, a massa de ar efetivamente admitida por segundo e por ciclo:
A vazão mássica de ar fica
Como há
rpm
ciclos/s (um ciclo por giro em dois-tempos), a massa por ciclo é
Passo 4
Observação sobre os itens (b), (c) e (d):
Para obter os estados intermediários ,
(e daí
), bem como a pressão média teórica e o rendimento térmico, é imprescindível conhecer o calor total adicionado ao cilindro — isto é, a massa de combustível injetada e seu poder calorífico ou, alternativamente, o próprio valor de
. Sem esse dado não há como fechar numericamente o ciclo e determinar as temperaturas e pressões nos estágios
e
, nem a eficiência térmica e nem a pressão média do ciclo.
Para obter os estados intermediários
Resposta
a) Massa de ar admitida por ciclo:
Vazão mássica de ar:
b), c) e d) – não é possível resolver numericamente sem o valor do calor adicionado (massa de combustível e seu poder calorífico).