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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 60

Durante o processo de expansão do ciclo Otto ideal, o gás considerado é uma mistura cuja composição volumétrica corresponde a 30 %   de nitrogênio, 10 %   de oxigênio, 35 %   de água e

25 % de dióxido de carbono. Calcule a eficiência térmica do ciclo, considerando que o ar no início da compressão está a 90   k P a e 15   ° C . Considere também que a taxa de compressão é igual a 8 e a temperatura máxima do ciclo é de 1.100   ° C . Modele os processos de fornecimento de calor e de rejeição de calor usando as propriedades do gás constante que são as propriedades médias do ar e do gás em expansão.

Passo 1

Fala aí galera do Responde aí, partiu mais uma questão de Termo.

Primeiramente, sabemos que a massa de cada elemento será:

m N 2 = N N 2 M N 2 = 840   k g

m O 2 = N O 2 M O 2 = 320   k g

m H 2 O = N H 2 O M H 2 O = 630   k g

m C O 2 = N C O 2 M O 2 = 1100   k g

Portanto, a massa total será:

m m = m N 2 + m O 2 + m H 2 O + m C O 2

m m = 2890   k g

Logo, as frações mássicas são:

f m á s s i c a   N 2 = m N 2 m m = 0,2907

f m á s s i c a   O 2 = m O 2 m m = 0 , 1107

f m á s s i c a   H 2 O = m H 2 O m m = 0 , 2180

f m á s s i c a   C O 2 = m C O 2 m m = 0 , 3806

O calor específico de pressão constante da mistura é determinado a partir de:

c p = f m á s s i c a   N 2 × c p N 2 + f m á s s i c a   O 2 × c p O 2 + f m á s s i c a   H 2 O × c p H 2 O + f m á s s i c a   C O 2 × c p C O 2

c p = 1,134   k J / k g K

Agora, podemos determinar o peso específico aparente e a constante da mistura gasosa:

M m = m m N m = 2890 100 = 28,90   k g / k m o l

R = R u M m = 8,314 28,9 = 0,2877   k J / k g K

Passo 2

Agora, vamos determinar o calor específico a um volume constante:

c v = c p - R = 0,846   k J / k g K

A relação de calor específica é:

k = c p c v = 1,340

A média das propriedades do ar à temperatura ambiente e as propriedades dos gases de combustão são:

c p   m é d = 0,5 1,134 + 1,005 = 1,070   k J / k g K

c v   m é d = 0,5 0,846 + 0,718 = 0,782   k J / k g K

k m é d = 0,5 1,34 + 1,4 = 1,37

Essas propriedades médias serão usadas para processos de adição e rejeição de calor. Para compressão, as propriedades do ar na sala temperatura e durante a expansão, serão utilizadas as propriedades da mistura. Durante o processo de compactação, temos que:

T 2 = T 1 r k - 1 = 662 K

Durante a adição de calor:

q i n t = c v   m é d T 3 - T 2 = 556   k J / k g

Durante a expansão:

T 4 = T 3   1 r k - 1 = 636,1   K

Durante a rejeição de calor:

q e x t = c v   m é d T 4 - T 1 = 272,2   k J / k g

A eficiência térmica do ciclo é então:

η = 1 - q e x t q i n t = 0,511

Resposta

η = 1 - q e x t q i n t = 0,511

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