Enunciado

A potência no eixo do motor de um automóvel é 25   H p na condição operacional em que rendimento térmico é 30 % . Admitindo que o combustível fornece 40   M J ao ciclo por quilograma de combustível queimado, determine o consumo de combustível nessa condição operacional e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bom?

Galera temos um motor de carro em operação que possui uma potência de (vamos converter para watts, para facilitar) W ˙ = 25   H p ∙ 0,7355 = 18,3875   W , com eficiência η = 0,3 e um entalpia de Δ h = 40   000   k J / k g de combustível.

Nosso trabalho é fornecer o fluxo de massa do combustível, para mensurar o consumo dele, e também a taxa de transferência de calor para o reservatório de baixa temperatura, ou seja, a quantidade de calor que ira rejeitar para o sistema de resfriamento.

Passo 2

Vamos começar determinando o fluxo de massa de combustível.

Escrevendo a equação que de energia para taxa de transferência de calor da fonte quente, ou seja, a taxa de transferência de calor da queima do combustível:

Q ˙ H = m ˙ c o m b u s t í v e l ∙ Δ h

Isolando o fluxo de massa:

m ˙ c o m b u s t í v e l = Q ˙ H Δ h

Até o momento apenas possuímos a entalpia do combustível, mas, podemos determinar Q ˙ H por meio da equação de eficiência para uma maquina térmica:

η = W ˙ Q ˙ H

Isolando Q ˙ H :

Q ˙ H = W ˙ η

Substituindo na equação do fluxo de massa:

m ˙ c o m b u s t í v e l = W ˙ η Δ h

Substituindo valores:

m ˙ c o m b u s t í v e l = 18,3875 40000 ∙ 0,3 = 0,00153   k g / s

Passo 3

Com o fluxo de massa encontrada precisamos encontrar Q ˙ L .

Para isto vamos utilizar o balanço energético:

W ˙ = Q ˙ H - Q ˙ L

Isolando Q ˙ L :

Q ˙ L = Q ˙ H - W ˙

Como   Q ˙ H = W ˙ η , substituindo:

Q ˙ L = W ˙ η - W ˙

Como W ˙ em evidência:

Q ˙ L = 1 η - 1 W ˙

Substituindo valores:

Q ˙ L = 1 0,3 - 1 18,3875 = 42,9   k W

É isso galera, valeu!

Resposta

Q ˙ L = 42,9   k W

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