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 0,1 Mpa e a temperatura é 15^circ C. O calor transferido para o ar por ciclo é de 1800 kJ / kg de ar. Determine:
(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.
T1 = 15^circ C + 273,15 = 288,15 , K

Passo 3

Agora, vamos considerar que o processo 1-2 é uma compressão adiabática (sem troca de calor). A relação para processos adiabáticos é:
T2 = T1 times ( razão de compressão )^gamma - 1 ãã
Onde T2 = 288,15 times 8^0,4 approx 288,15 times 2,639 = 760,2 , K (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:
P2 = P1 times ( razão de compressão )^gamma ãã
P2 = 0,1 times 8^1,4 approx 0,1 times 22,627 = 2,2627 , MPa

Passo 5

No ponto 2-3, ocorre a adição de calor T3 = T2 + QinCv . Usamos a relação para o ciclo de Otto, onde:
T3 = 760,2 + 18000,717 approx 760,2 + 2510,5 = 3270,7 , K
Assumindo para o ar,

Passo 6

O ponto 3-4 é uma expansão adiabática, então usamos novamente as relações adiabáticas para encontrar T4 = T3 times ( 1razão de compressão )^gamma - 1 = 3270,7 times 8^-0,4 approx 3270,7 times 0,379 = 1238,3 , K e P4 = P3 times ( 1razão de compressão )^gamma = P2(razão de compressão)^gamma = 2,262722,627 approx 0,1 , MPa :
ãã
ãããã

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: ,

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