Lista de Exercícios Resolvidos - Termodinâmica Aplicada - Ciclos Motores

ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 13 ME5140NM7140 Segundo Semestre de 2020 Professor Lameiras Ciclos Motores capítulo 09 EX 01 Ex 933 Ref 1 Um ciclo Otto ideal com razão de compressão igual a 105 realiza 2500 ciclos por minuto levando o ar a 90 kPa e 40 C Considerando calores específicos constantes à temperatura ambiente determine a eficiência térmica do ciclo e a taxa de calor fornecido caso o ciclo produza 90 kW de potência Respostas a 61 b 148 kW EX 02 Ex 934 Ref 1 Repita o Prob 933 para uma razão de compressão igual a 85 Respostas a 575 b 157 kW EX 03 Ex 939 Ref 1 A razão de compressão de um ciclo Otto padrão a ar é 95 Antes do processo isentrópico de compressão o ar está a 100 kPa 35 C e 600 cm3 A temperatura no final do processo de expansão isentrópica é de 800 K Considerando calores específicos à temperatura ambiente determine a a temperatura e a pressão mais altas do ciclo b a quantidade de calor transferido em kJ c a eficiência térmica e d a pressão média efetiva Respostas a 1969 K 6072 kPa b 059 kJ c 594 d 652 kPa EX 04 Ex 940 Ref 1 Repita o Prob 939 para uma razão de compressão igual a 11 e com calores específicos variáveis com a temperatura EX 05 Ex 944 Ref 1 Quando dobramos a razão de compressão de um ciclo Otto ideal o que acontece com a temperatura máxima e pressão do gás quando o estado do ar no início da compressão e a quantidade de calor adicionado permanecem os mesmos Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente EX 06 Ex 951 Ref 1 Um ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão de 20 e uma razão de corte de 13 Determine a temperatura máxima do ar e a taxa de fornecimento de calor para esse ciclo quando se produz 250 kW de potência e o estado do ar no início da compressão é de 90 kPa e 15 C Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente Respostas a 1241 k b 367 kW EX 07 Ex 953 Ref 1 Um ciclo duplo padrão a ar tem uma razão de compressão de 14 e uma razão de corte de 12 A razão de pressão durante o processo de fornecimento de calor a um volume constante é de 15 Determine a eficiência térmica a quantidade de calor fornecido a máxima pressão e temperatura do gás quando esse ciclo é operado a 80 kPa e 20 C no início da compressão Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente Respostas 4829 kPa 1516 K 5565 kJkg 0646 EX 08 Ex 954 Ref 1 Repita o Prob 953 considerando que no início da compressão o ar está a 80 kPa e 20 C EX 09 Ex 957 Ref 1 Um motor a diesel ideal tem uma razão de compressão de 20 e usa ar como fluido de trabalho O estado do ar no início do processo de compressão é de 95 kPa e 20 C Considerando que a temperatura máxima do ciclo não pode exceder 2200 K determine a a eficiência térmica e b a pressão média efetiva Considere calores específicos constantes para o ar à temperatura ambiente Respostas a 635 b 933 kPa EX 10 Ex 960 Ref 1 Um motor a diesel de 20 L e dois tempos com quatro cilindros funciona segundo um ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão de 22 e uma razão de corte de 18 O ar está a 70 C e 97 kPa no início do processo de compressão Usando as hipóteses do padrão a ar frio determine a potência que o motor produz a 2300 rpm Resposta 48 kW EX 11 Ex 962 Ref 1 Um ciclo duplo padrão a ar tem uma razão de compressão de 18 e uma razão de corte de 11 A razão de pressão durante o processo de fornecimento de calor a um volume constante é de 11 No começo da ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 23 compressão temse P1 90 kPa T1 18 C e V1 0003 m3 Quanta energia esse ciclo irá produzir se for executado 4000 vezes por minuto Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente Resposta 248 kW EX 12 Ex 963 Ref 1 Repita o Prob 962 considerando uma eficiência da compressão isentrópica equivalente a 85 e uma eficiência de expansão isentrópica de 90 EX 13 Ex 994 Ref 1 Considere um ciclo Brayton simples que utiliza ar como fluido de trabalho tem uma razão de pressão igual a 12 uma temperatura máxima de ciclo de 600 C e opera na admissão do compressor a 90 kPa e 15 C O que terá o maior impacto na razão de consumo de trabalho uma eficiência isentrópica do compressor correspondente a 90 ou uma eficiência isentrópica da turbina igual a 90 Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente Respostas 07457 e 07456 EX 14 Ex 996 Ref 1 Ar entra a 300 K e 100 kPa no compressor de um motor de turbina a gás onde é comprimido até 700 kPa e 580 K Calor é então transferido para o ar na quantidade de 950 kJkg antes que ele entre na turbina Considerando uma eficiência da turbina de 86 determine a a fração do trabalho da turbina usada para acionar o compressor e b a eficiência térmica Considere calores específicos variáveis para o ar Respostas a527 e b 27 EX 15 Ex 997 Ref 1 Repita o Prob 996 considerando calores específicos constantes à temperatura ambiente Respostas a501 e b 296 EX 16 Ex 9110 Ref 1 Reelabore o Prob 9109 feito em aula considerando agora que a eficiência isentrópica do compressor corresponde a 87 e que a eficiência isentrópica da turbina é de 93 EX 17 Ex 9118 Ref 1 Ar entra a 310 K e 100 kPa no compressor de um motor de turbina a gás com regeneração onde é comprimido até 900 kPa e 650 K O regenerador tem uma efetividade de 80 e o ar entra na turbina a 1400 K Para uma eficiência da turbina de 90 determine a a quantidade de calor transferida no regenerador e b a eficiência térmica Considere calores específicos variáveis para o ar Respostas a 1927 kJkg b 400 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica 7 Edição AMGH Editora Ltda Porto Alegre 2013 ME5140NM7140 Termodinâmica Aplicada 2º Sem 2020 33