Um ciclo padrão ar de Diesel possui uma razão de compressão de 16 e uma razão de corte igual a 2. No início do processo de compressão, o ar está a 95 kPa e 27^circ C. Considerando os calores específicos constantes, determine:
(a) A temperatura após o processo de fornecimento de calor
(b) A eficiência térmica
© a pressão média efetiva.

Passo 1

Vamos resolver um exercício sobre o ciclo padrão AR de Diesel. Precisamos calcular a temperatura após o processo de fornecimento de calor, a eficiência térmica e a pressão média efetiva. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, como razão de compressão, razão de corte, e as fórmulas do ciclo de Diesel. Vamos precisar aplicar as leis dos gases ideais e entender como calcular a eficiência de ciclos termodinâmicos.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a temperatura após o processo de fornecimento de calor (parte a). No ciclo de Diesel, o processo de fornecimento de calor ocorre a pressão constante. Usaremos a relação de temperaturas para processos a pressão constante:
T3T2 = V2V3
Sabemos que a razão de compressão rd = V3V2 = 2 Rightarrow V3 = 2V2 é 16, e a razão de corte T3T2 = V22V2 = 12 Rightarrow T3 = T22 é 2. A razão de corte está relacionada aos volumes T2 = T1 ( rc )^gamma - 1 e T2 = 300 times 16^0.4 approx 300 times 2.639 = 791.7K :
T3 = 791.72 approx 396K
Substituindo na relação de temperaturas:
Agora, precisamos encontrar . Durante a compressão adiabática, usamos:
Considerando para ar, e :
Então:

Passo 3

Agora, vamos calcular a eficiência térmica do ciclo de Diesel (parte b). A eficiência de Diesel é dada por:
eta = 1 - 1rc^gamma -1 [ rd^gamma -1gamma (rd -1) ]
Substituindo os valores eta = 1 - 116^0.4 [ 2^1.4 -11.4 (2 -1) ] , 16^0.4 approx 2.639 , e 2^1.4 approx 2.639 :
2.639 -11.4 times 1 = 1.6391.4 approx 1.171
Calculando cada parte:
eta = 1 - 1.1712.639 approx 1 - 0.444 = 0.556 ou 55.6%

Passo 4

Por fim, vamos determinar a pressão média efetiva (parte c). A pressão média efetiva pm = WVd é dada por:
W = eta cdot Qin
Onde Qin = m cv (T3 - T2) é o trabalho realizado por ciclo e pm = WVd approx eta cdot p1 = 0.556 times 95 kPa approx 52.82 kPa é o deslocamento volumétrico. No ciclo de Diesel, o trabalho por ciclo pode ser calculado pela diferença entre o trabalho de expansão e o trabalho de compressão. Mas uma maneira mais direta é usar a eficiência térmica e a energia fornecida:
Considerando que ocorre a volume constante, podemos relacionar com a pressão e volume:
Assumindo massa e deslocamento , após alguns cálculos, podemos relacionar os termos e encontrar . Porém, como os dados específicos de massa ou deslocamento não foram fornecidos, vamos considerar uma aproximação simplificada:
A pressão média efetiva pode também ser aproximada pela pressão durante o trabalho de expansão, ajustada pela eficiência:

Resposta

(a) A temperatura após o processo de fornecimento de calor é aproximadamente .
(b) A eficiência térmica do ciclo de Diesel é de cerca de .
© A pressão média efetiva é aproximadamente .

Exercícios relacionados