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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 171

Um ciclo duplo ideal tem uma razão de compressão de 14 e utiliza ar como fluido de trabalho. No início do processo de compressão, o ar está a 14,7 psia e 120 °F, ocupando um volume de 98 p o l 3 . Durante o processo de fornecimento de calor, 0,6 Btu de calor é transferido para o ar a um volume constante, e 1,1 Btu a uma pressão constante. Usando calores específicos constantes avaliados à temperatura ambiente, determine a eficiência térmica do ciclo.

Passo 1

Vamos assumir que:

As premissas do padrão aéreo são aplicáveis.

As alterações cinéticas e potenciais de energia são insignificantes.

O ar é um gás ideal com aquecimentos específicos constantes.

Sabemos que as propriedades do ar à temperatura ambiente são

c p = 0.240   B t u / l b m . R ,   c v = 0.171   B t u / l b m . R   e   k = 1.4

Vamos utilizar a figura abaixo para análise:

Passo 2

A massa de ar é:

m = P 1 V 1 R T 1 = 0.003881   l b m

Processo 1-2: compressão isentrópica.

T 2 = T 1 ( V 1 V 2 ) k - 1 = 1667   R

Passo 3

Agora cada passo é a análise de um processo:

Processo 2-x: ν = adição constante de calor:

Q 2 - x , i n = m ( u x - u 2 ) = m c v ( T x - T 2 )

T x = 2571   R

Passo 4

Processo x-3: P = adição constante de calor:

Q x - 3 , e n t = m ( h 3 - h x ) = m c p ( T 3 - T x )

T 3 = 3752   R

P 3 V 3 T 3 = P x V x T x → r c = V 3 V x = 1.459

Passo 5

Processo 3-4: expansão isentrópica:

T 4 = T 3 ( V 3 V 4 ) k - 1 = 1519 R

Passo 6

Processo 4-1: ν = rejeição de calor constante:

Q s a í d a = m ( u 4 - u 1 ) = m c v ( T 4 - T 1 ) = 0.6229   B t u

η t h = 1 - Q s a í d a Q e n t = 63.4 %

Resposta

η t h = 63.4 %

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