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
e
. Considerando os calores específicos constantes, determine:
(a) A temperatura após o processo de fornecimento de calor
(b) A eficiência térmica
© a pressão média efetiva.
(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:
Sabemos que a razão de compressão
é 16, e a razão de corte
é 2. A razão de corte está relacionada aos volumes
e
:
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:
Substituindo os valores
,
, e
:
Calculando cada parte:
Passo 4
Por fim, vamos determinar a pressão média efetiva (parte c). A pressão média efetiva
é dada por:
Onde
é o trabalho realizado por ciclo e
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
Assumindo que a temperatura na superfície solar seja igual a 5750 K e que a radiação emitida tenha o espectro de corpo negro, determine a intensidade da radiação solar num ponto sobre a Terra. Dados: raio do Sol:
, distância Sol-Terra:
.
Ar entra em um compressor de um ciclo padrão de ar de Brayton a
razão de pressão do compressor é 10. A temperatura de entrada do primeiro estágio da turbina é de 1400 K. A expansão ocorre em isentropicamente em dois estágios, com reaquecimento até a temperatura de
entre os estágios. O reaquecimento ocorre na pressão constante de
. Um regenerador com uma efetividade de
também é incorporado no ciclo. Determine a eficiência térmica.
Estime a área superficial do seu corpo como a de um cilindro de altura
e base circular de raio
. A temperatura do nosso corpo é tipicamente de
. Assumindo que emitimos radiação como um corpo negro, estime quanta energia de radiação emitimos durante 1 minuto.
Se a pressão ao nível do mar for de
, calcule a pressão padrão a uma altitude de 5 km , usando (a) a equação apropriada e (b) uma hipótese isotérmica para uma temperatura padrão de
ao nível do mar. A aproximação isotérmica é adequada?