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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 169

Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão de 9,2 e usa ar como fluido de trabalho. No início do processo de compressão, o ar está a 98 kPa e 27 °C. A pressão é duplicada durante o processo de fornecimento de calor a um volume constante. Considerando a variação dos calores específicos com a temperatura, determine

  1. a quantidade de calor transferido para o ar
  2. o trabalho líquido
  3. a eficiência térmica
  4. a pressão média efetiva 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 variáveis.

Sabemos que a constante de gás do ar é R = 0.287   k J / k g . K . As propriedades do ar são apresentadas na Tabela A-17.

Vamos utilizar a figura abaixo nas nossas análises:

Passo 2

Na letra a temos:

Processo 1-2: compressão isentrópica

T 1 = 300   K → u 1 = 214.07   k J / k g

                                                V r 1 = 621.2

V r 2 = V 2 V 1 V r 1 = 1 r V r 1 = 67.52 → T 2 = 708.3   K

P 2 V 2 T 2 = P 1 V 1 T 1 → P 2 = 2129   k P a

Processo 2-3: ν = adição constante de calor

P 3 V 3 T 3 = P 2 V 2 T 2 → T 3 = 1416.6   K → u 3 = 1128.7   k J / k g

V r 3 = 8.593

q e n t = u 3 - u 2 = 609.8   k J / k g

Passo 3

Na letra b:

Processo 3-4: expansão isentrópica.

V r 4 = V 4 V 3 V r 3 = 79.06   → u 4 = 487.75   k J / k g

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

q s a í d a = u 4 - u 1 = 273.7   k J / k g

w l í q = q e n t - q s a í d a = 336.1   k J / k g

Passo 4

Na letra c temos:

η t h = w l í q q e n t = 55.1 %

Passo 5

E na letra d, a pressão média efetiva do ciclo é:

v m a x = v 1 = R T 1 P 1 = 0.879   m 3 / k g

v m i n = v 2 = v m a x r

M E P   = w l í q v 1 - v 2 = 429   k P a

Resposta

  1. q e n t = 609.8   k J / k g
  2. w l í q = 336.1   k J / k g
  3. η t h = 55.1 %
  4. M E P   = 429   k P a
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