Um ciclo ideal Diesel tem uma razão de compressão de 17 e uma razão de corte de 1,3. Determine a máxima temperatura do ar e as temperaturas e pressões em cada ponto do ciclo. O estado do ar no início do processo de compressão é de
e
. Utilize calores específicos constantes… R: T=1332 K; 90kPa, 330k; 4752KPa, 1024,43K; 4752Kpa, 1332K; 129,9Kpa, 476,32k
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o ciclo Diesel! O enunciado diz que temos uma razão de compressão de 17 e uma razão de corte de 1,3. Queremos descobrir a temperatura máxima do ar e as temperaturas e pressões em cada ponto do ciclo. Para isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especificamente sobre ciclos termodinâmicos e as leis dos gases ideais. Vamos utilizar também as fórmulas das relações de pressão e temperatura em processos adiabáticos e isotérmicos.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que são a razão de compressão ® e a razão de corte (s). A razão de compressão é a relação entre o volume máximo e o volume mínimo no cilindro do motor, ou seja,
. Já a razão de corte é a relação entre o volume após a injeção de combustível e o volume mínimo,
.
Passo 3
Sabemos que no início do processo de compressão, a pressão é
kPa e a temperatura é
, que convertendo para Kelvin dá
K. Vamos considerar que o processo de compressão é adiabático, ou seja, sem troca de calor com o ambiente.
Passo 4
Usamos a relação para processos adiabáticos:
. Aqui,
é a razão dos calores específicos
. Para o ar,
é aproximadamente 1,4. Então:
Essa é a temperatura máxima do ciclo.
Passo 5
No ponto após a compressão, ocorre a injeção de combustível, aumentando o volume do cilindro. Esse processo é isoentrópico, então usamos a razão de corte
para encontrar a nova pressão:
Passo 6
A temperatura no ponto 3 pode ser calculada usando a mesma relação:
Passo 7
Após a expansão, a pressão retorna para
kPa. Calculamos a temperatura correspondente:
Passo 8
Resumindo, as temperaturas e pressões em cada ponto do ciclo são:
- Ponto 1:
kPa, K - Ponto 2:
kPa, K - Ponto 3:
kPa, K - Ponto 4:
kPa, K
Resposta
A temperatura máxima do ar é
, e as temperaturas e pressões em cada ponto do ciclo são:
-
, -
, -
, -
,
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;
.