QUESTÃO (30 pontos):
Um motor de combustâo interna de quatro tempos, operando segundo o ciclo Otto padrâo possui 4 cilindros com diâmetro de 75 mm , curso do pistăo de 91 mm e altura de abertura de válvulas de 8 mm . No inicio do processo de compressăo a temperatura é de
e a pressâo de 150 kPa . Calor é fornecido ao ciclo à razăo de
. Considere o coeficiente isentrópico
e a constante
da mistura ar-combustivel de
, respectivamente, e dos gases de combustăo de 1,33 e
, respectivamente. Considere a rotaçăo de 3600 rpm . Determine: (a) a pressăo, temperatura e volume especifico no estado final de cada processo do ciclo; (b) a potência, eficiência térmica e pressăo média do ciclo.
Passo 1
Estamos diante de um ciclo Otto ideal de quatro tempos em 4 cilindros. Precisamos:
– usar a geometria (diâmetro , curso
e altura de válvula
) para obter o volume varrido
e o volume de folga
, daí a taxa de compressão
;
– aplicar a equação de gás ideal no estado 1;
– usar as relações isentrópicas com ,
J/k
no processo 1–2 e com
,
J/k
no 3–4;
– tratar a adição de calor como processo isocórico usando MJ/kg e calcular
dos gases de combustão;
– depois calcular trabalho líquido, eficiência, potência e pressão média efetiva.
– usar a geometria (diâmetro
– aplicar a equação de gás ideal
– usar as relações isentrópicas com
– tratar a adição de calor como processo isocórico usando
– depois calcular trabalho líquido, eficiência, potência e pressão média efetiva.
Passo 2
Calcular área do cilindro, volumes e taxa de compressão:
No estado 1:
K,
kPa,
massa admitida por cilindro
Passo 3
Processo 1–2 (isentrópico,
):
Passo 4
Processo 2–3 (isocórico,
MJ/kg,
J/k
):
e
/kg.
Passo 5
Processo 3–4 (isentrópico,
):
Passo 6
Processo 4–1 (isocórico) rejeita calor
eficiência térmica
Passo 7
Trabalho por ciclo e potência:
rotação de 3600 rpm
ciclos/s por cilindro
pressão média efetiva
Resposta
(a)
Estado 1: kPa,
K,
/kg
Estado 2: MPa,
K,
/kg
Estado 3: MPa,
K,
/kg
Estado 4: MPa,
K,
/kg
Estado 1:
Estado 2:
Estado 3:
Estado 4:
(b)
Potência útil: kW
Eficiência térmica: %
Pressão média efetiva: MPa
Potência útil:
Eficiência térmica:
Pressão média efetiva: