Enunciado

Considere um ciclo de ar-padrão Diesel. Os dados operacionais são fornecidos em seus estados principais no ciclo, na tabela a seguir. Os estados estão numerados conforme a Fig 9.5. Para k = 1,4 ,   c v = 0,172 B t u l b ° R ,   c p = 0,240 B t u l b ° R Determine

  1. a transferência de calor por unidade de massa e o trabalho por unidade de massa, e a eficiência térmica do ciclo.
  2. A transferência de exergia que acompanha o calor e o trabalho para cada processo. Elabore e calcule uma eficiência exergética para o ciclo.

Passo 1

Fala pessoaaal! Como vocês estão? Bora pra mais uma questãozinha massa!

Pra começar, vamos assumir que o calor é uma constante específica e também vamos nos basear no exemplo 9.2 pra resolvermos essa questão!

Para esses dados, temos que a compressão é obtida assim:

V 2 = V 1 - 5,6 = 6 - 5,6 = 0,4 → V 1 V 2 = 6 0,4 = 15

Para o estado 1, temos, pela tabela A-22, que:

u 1 = 214,07 k J k g ;         v r 1 = 621,2

Para o estado 2, temos a compressão isotrópica igual a:

v r 2 = V 2 V 1 v r 1 = 621,2 15 = 41,41 → h 2 = 869,63   k J / k g

Passo 2

Para o estado 3, temos, sabendo que a pressão é constante:

T 3 T 2 = V 3 V 2 → T 3 2,4 843 = 2023   K → h 3 = 2280,85   k J / k g

Para o estado 4, temos na expansão isotrópica:

v r 4 v r 3 = V 1 V 2 V 3 = 15   1 2,4 = 6,25 → u 4 = 884,96   k J / k g

A massa pode ser obtida assim:

m = ρ 1 V 1 R T 1 = 6,62 10 - 3 k g

Para a energia do ciclo, temos que:

W c i c l o = 6,62 10 - 3 2280,85 - 869,63 - ( 884,96 - 214,07 ) = 4,901   k J   p o r   c i c l o

W ˙ c i c l o = 122,53   k W

E por fim, para a eficiência térmica, temos que:

η = W c i c l o Q 23 = 4,901 9,3423 = 0,525 ( 52,5 % )

Resposta

V 1 V 2 = 15

v r 1 = 621,2

v r 2 = 41,41

h 2 = 869,63   k J / k g

h 3 = 2280,85   k J / k g

u 4 = 884,96   k J / k g

W c i c l o = 4,901   k J   p o r   c i c l o

W ˙ c i c l o = 122,53   k W

η = 0,525 ( 52,5 % )

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