Um sistema consiste em 2 kg de dióxido de carbono gasoso inicialmente no estado 1, em que p1 = 1 bar e T1 = 300 K. O sistema é submetido a um ciclo de potência que consiste nos seguintes processos:

Processo 1-2: volume constante até p2 = 4 bar.

Processo 2-3: expansão com pυ1,28 = constante.

Processo 3-1: compressão a pressão constante.

Utilizando o modelo de gás ideal e desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, (a) esboce o ciclo em um diagrama p–υ e calcule a eficiência térmica; e (b) represente graficamente a relação entre a eficiência térmica e a razão p2/p1 para o intervalo de variação de 1,05 a 4.

a) Escrevendo o diagrama

b) Plotando a eficiência térmica pelo entre 1,05 até 4. Primeiro pegamos 4

Para o processo 1-2:

O trabalho durante o processo 1-2 é zero, já que o processo 1-2 é a volume constante

Aplicando a equação do gás ideal

Já que o volume é constante

Calculando a temperatura no estado 3

Para o processo 2-3

Calculando o trabalho feito durante o processo 2-3

Calculando o trabalho feito no processo 3-1

Calculando a transferência de calor para o processo 1-2 aplicando a energia de equação

Obtendo as propriedades de Tabela A-23 “Propriedades de Gás Ideal” para o

Calculando a transferência de calor para o processo 2-3 aplicando a energia de equação

Calculando a transferência de calor para o processo 3-1 aplicando a energia de equação

Calculando a eficiência

Agora pegamos

Para o processo 1-2:

O trabalho durante o processo 1-2 é zero, já que o processo 1-2 é a volume constante

Aplicando a equação do gás ideal

Já que o volume é constante

Calculando a temperatura no estado 3

Para o processo 2-3

Calculando o trabalho feito durante o processo 2-3

Calculando o trabalho feito no processo 3-1

Calculando a transferência de calor para o processo 1-2 aplicando a energia de equação

Obtendo as propriedades de Tabela A-23 “Propriedades de Gás Ideal” para o

Calculando a transferência de calor para o processo 2-3 aplicando a energia de equação

Calculando a transferência de calor para o processo 3-1 aplicando a energia de equação

Calculando a eficiência

Da mesma forma, calculamos para vários valores de

Plotando esses valores temos