A potência no eixo do motor de um automóvel é 136 HP e a eficiência térmica do motor é igual a 30 %. Sabendo que a queima do combustível fornece 35.000 kJ / Kg ao motor. determine a taxa de transferência de calor para o ambiente e a vazão mássica de combustivel consumido em Kg / s.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo! Temos um motor de carro com uma potência de 136 HP e uma eficiência térmica de 30%. Sabemos também que a queima do combustível libera 35.000 kJ por quilograma. Nosso objetivo é descobrir duas coisas: a taxa de transferência de calor para o ambiente e a vazão mássica de combustível consumido em kg/s.
Conteúdo da matéria: Estamos lidando com conceitos de termodinâmica, especificamente eficiência térmica e potência. Precisaremos entender como converter unidades de potência, calcular a energia útil e a energia perdida, além de relacionar a potência com a taxa de consumo de combustível.

Passo 2

Primeiro, vamos converter a potência de HP para watts, porque o Sistema Internacional usa watts como unidade padrão de potência.
Sabemos que:
1 , HP = 745,7 , W
Então:
136 , HP times 745,7 , WHP = 101, 371,2 , W
Arredondando, temos aproximadamente 101.371 W.

Passo 3

Agora, vamos entender o que é eficiência térmica. A eficiência térmica ( eta) é a razão entre a potência útil (energia que o motor converte em trabalho) e a potência total fornecida pelo combustível.
A fórmula da eficiência térmica é:
eta = PútilPtotal ú
Queremos encontrar a taxa de transferência de calor para o ambiente, que é a energia perdida pelo motor. Isso é dado por:
Pperda = Ptotal - Pútil ú

Passo 4

Vamos reorganizar a fórmula da eficiência para encontrar a potência total fornecida pelo combustível ( Ptotal):
Ptotal = Pútileta ú
Substituindo os valores:
Ptotal = 101.371 , W0,30 approx 337.903 , W

Passo 5

Agora, calculamos a potência perdida para o ambiente:
Pperda = Ptotal - Pútil ú
Pperda = 337.903 , W - 101.371 , W approx 236.532 , W
Então, a taxa de transferência de calor para o ambiente é aproximadamente 236.532 W.

Passo 6

Para encontrar a vazão mássica de combustível consumido ( dotm), usamos a relação entre a potência total e a energia por unidade de massa do combustível:
Ptotal = dotm times Q
Onde:
  • $ P_{total} $ é a potência total fornecida pelo combustível.
  • $ \dot{m} $ é a vazão mássica de combustível.
  • $ Q $ é o poder calorífico do combustível.
Rearranjando a fórmula para encontrar Ptotal :
dotm
Substituindo os valores (lembrando que $ Q = 35.000 , kJ/kg = 35.000.000 , J/kg $):
Q
dotm
Arredondando, a vazão mássica de combustível consumido é aproximadamente 0,0097 kg/s.

Resposta

A taxa de transferência de calor para o ambiente é de aproximadamente 236.532 W, e a vazão mássica de combustível consumido é de cerca de 0,0097 kg/s.

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