A razão de compressão de um ciclo-padrão de ar de Otto é igual a 8. No início do curso de compressão a pressão é
e a temperatura é
.
calor transferido para o ar por ciclo é de
de ar. Determine:
(a) A pressão e temperatura ao final de cada processo no ciclo.
(b) A eficiência térmica.
© A pressão média efetiva
(a) A pressão e temperatura ao final de cada processo no ciclo.
(b) A eficiência térmica.
© A pressão média efetiva
Passo 1
Então, vamos lá! Temos um ciclo de Otto, que é um tipo de ciclo termodinâmico usado em motores de combustão interna. A razão de compressão é 8, a pressão inicial é
e a temperatura inicial é
. Também sabemos que o calor transferido para o ar por ciclo é de
. A gente vai precisar usar algumas fórmulas de termodinâmica, como as relações de processos isentrópicos e a eficiência do ciclo de Otto.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a temperatura inicial de Celsius para Kelvin, já que nas fórmulas termodinâmicas a temperatura precisa estar em Kelvin.
Passo 3
Agora, vamos considerar que o processo 1-2 é uma compressão adiabática (sem troca de calor). A relação para processos adiabáticos é:
Onde
(gamma) é a razão entre os calores específicos, que para ar é aproximadamente 1,4.
Passo 4
A pressão no ponto 2 pode ser encontrada usando a relação adiabática:
Passo 5
No ponto 2-3, ocorre a adição de calor
. Usamos a relação para o ciclo de Otto, onde:
Assumindo
para o ar,
Passo 6
O ponto 3-4 é uma expansão adiabática, então usamos novamente as relações adiabáticas para encontrar
e
:
Passo 7
Finalmente, o ponto 4-1 é a rejeição de calor
, retornando ao estado inicial.
Resposta
(a) As pressões e temperaturas ao final de cada processo no ciclo são:
- Ponto 2:
, - Ponto 3:
, - Ponto 4:
,