Enunciado

No inicio do processo de compressão de um ciclo padrão de ar Otto, p1=1 bar, T1=290K V1=400 cm3. A temperatura max do ciclo é 2200 K e a taxa de compressão é 8. Determine:

  1. O calor adicionado em kJ
  2. O trabalho liquido em kJ
  3. A eficiência térmica do ciclo
  4. A pressão média efetiva em kPa
  5. Desenvolva um balancete completo da exergia transferida para o ar durante a adição de calor em kJ
  6. Elabore e calcule uma eficiência exergica pro ciclo.

Passo 1

Falaaa galerinha, beleza? Show, dentro do ciclo:

Vamos começar a calcular as propriedades em cada estado. Começando pelo 1, a questão já nos deu a pressão e a temperatura inicial. Logo, a partir da tabela A-22 o trabalho liquido do estado é:

u 1 = 206.91   k J / k g

u r 1 = 671.1

No estado 2, para uma compressão isentrópica:

v r 1 = v r 1 V 2 V 1 = 671.1 8 = 84.5125

Logo,

T 2 = 652.4   K

u 2 = 475.11   k J / k g

No estado 3, temos a temperatura máxima T3=2200K, logo:

u 3 = 1872.4   k J / k g

v r 3 = 2.012

E por fim, no estado 4 para uma compressão isentrópica:

v r 4 = v r 3 V 4 V 3 = v r 3 V 1 V 2 = 16.096

Logo, T 4 = 1159.3   K

u 4 = 897.3   k J / k g

Passo 2

Belezura, bora começar a calcular o que a questão pede. No item a), para encontrarmos a adição de calor, temos:

m = P 1 V 1 R T 1

m = 1 ⋅ 400 8.314 28.97 ⋅ 290   K

m = 4.806 ⋅ 10 - 4   k g

Logo,

m u 3 - u 2 = Q 23 - W 23

Q 23 = m u 3 - u 2 = 0.6714   k J

E essa é a adição de calor (do estado 2 para o estado de max temperatura (3)). No item b), o trabalho pode ser calculado como:

W c i c l o = Q C I C L O

W c i c l o = Q 23 - Q 41 = Q 23 - m ( u 4 - u 1 )

= 0.6715 - ( 4.806 ⋅ 10 - 4   k g ) ( 1872 - 471.11 )

= 0.6714   k J

No item c) Para calcularmos a eficiência térmica, dividimos o trabalho do ciclo pera quantidade de calor na transformação do estado 2 para o 3, logo:

n = W c i c l o Q 23 = 0.3397   0.6714 = 0.5 06   ( 5 0 . 6 % )

v 1 = 0.861   m 3 / k g

No item d), a pressão efetiva é calculada como:

P e f e t = w c i c l o m v 1 1 - v 2 v 1 = 0.3397 400 1 - 1 8

P e f e t = 9.71   b a r

Passo 3

Resposta

Resposta nos passos

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