Um ciclo Otto com uma razão de compressão igual a 7 inicia a compressão a 90 kPa e 15 °C. A temperatura máxima do ciclo é de 1.000 °C. Considerando hipóteses do padrão a ar, determine a eficiência térmica do ciclo utilizando

  1. calor específico constante à temperatura ambiente
  2. calores específicos variáveis.

Passo 1

Vamos assumir que:

As premissas do padrão aéreo são aplicáveis.

As alterações cinéticas e potenciais de energia são insignificantes.

Sabemos que as propriedades do ar à temperatura ambiente são

R = 0.287   k P a . m 3 / k g . K ,   c p = 1.005   k J / k g . K ,   c v = 0.718   k J / k g . K e k = 1.4

Para a letra a)

O calor específico constante à temperatura ambiente:

η t e = 1 - 1 r k - 1 = 54.1 %

Passo 2

Agora, para a letra b, vamos observar a figura:

Para cada calor específico variável:

Processo 1-2 (compressão isotrópico):

T 1 = 288   K   → u 1 = 205.48   k J / k g

v r 1 = 688.1

v r 2 = v 2 v 1 v r 2 = 1 r v r 2 = 98.3 → u 2 = 447.62   k J / k g

Processo 2-3 ( ν = a d i ç ã o   d e   c a l o r   c o n s t a n t e ) :

T 3 = 1273   K   → u 3 = 998.51   k J / k g

v r 3 = 12.045

q e n t = u 3 - u 2 = 550.89   k J / k g

Processo 3-4 (expansão isotrópica):

v r 4 = v 4 v 3 v r 3 = r v r 3 = 84.31 → u 4 = 475.54   k J / k g

Processo 4-1 ( ν = r e j e i ç ã o   d e   c a l o r   c o n s t a n t e ) :

q s a í d a = u 4 - u 1 = 270.06   k J / k g

η t e = 1 - q s a í d a q e n t r a d a = 51 %

Resposta

  1. η t e = 54.1 %
  2. η t e = 51 %
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