Um motor moderno de 1,8 L, de quatro cilindros e alta rotação, e com ignição por compressão de quatro tempos, funciona no ciclo dual ideal com uma razão de compressão de 16. O ar está a 95 kPa e 70 °C no início do processo de compressão, e a velocidade do motor é de 2.200 rpm. Quantidades iguais de combustível são queimadas a um volume e a uma pressão constantes. A pressão máxima permitida no ciclo é de 7,5 MPa devido às limitações de resistência do material. Usando calores específicos constantes a 1.000 K, determine:

1. a temperatura máxima no ciclo
2. o trabalho líquido produzido e a eficiência térmica
3. a pressão média efetiva
4. a potência líquida.

Determine também

5. a eficiência de segunda lei do ciclo e a taxa com que a exergia é eliminada com os gases de exaustão.

Agora vamos para a letra a)

O volume livre e o volume total do motor no início do processo de compressão (estado 1) são:

Processo 1- compressão isentrópica

Processo 2-x e x-3: processos de adição de calor de volume constante e pressão constante:

Agora, na letra b, temos:

Processo 3-4: expansão isentrópica.

Processo 4-1: rejeição de calor em volume constante.

A produção líquida de trabalho e a eficiência térmica são:

Na letra c, a pressão efetiva média é determinada como sendo:

Na letra d, a potência da rotação do motor de 3500 rpm é:

Observe que existem duas rotações em um ciclo em motores a quatro tempos.

E por fim, na letra e, temos que a eficácia da segunda lei do ciclo é definida como a razão entre a eficiência térmica real e a máxima eficiência térmica possível (eficiência de Carnot). Consideramos a temperatura e a pressão do estado morto em 25ºC e 100 kPa.

e

A taxa de exergia dos gases de escape é determinada da seguinte forma: