Atividade Termodinâmica 2 Eng mecânica

Departamento de Engenharia Mecânica ARBEMEC Termodinâmica II 1ra Lista de Exercícios Ciclos de Potência Otto e Diesel É obrigatória a entrega da solução desta Série Esta Série de Exercícios é referente ao Capítulo de Ciclos de Potên cia a Gás exige conceitos de termodinâmica I os conceitos apren didos em Termodinâmica II e conceitos básicos de cálculo Para o processo normal de aprendizagem é de suma importância que o a estudante resolva os exercício Problemas Resolver os seguintes exercícios utilizando utilizando a tabela A22 Moran ou A17 Cengel 1 A pressão e temperatura do ar no inicio da compressão de um ciclo de Ar Padrão frio Otto é de 103 kPa e 27 oC respectivamente O Calor adicionado por kg de ar é 1850 kJ A razão ou taxa de compressão é 8 Determine a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a máxima temperatura máxima pressão e eciência térmica Rpta Tmax 3265 8oK Pmax 89 7bar ηotto 56 3 2 Um motor trabalhando em um ciclo de ArPadrão frio Otto a temperatura inicial e nal na compressão são 27 oC e 327 oC Encontrar 1 a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b a razão ou taxa de compressão r a eciência do motor Rpta r 5 65 ηotto 50 0 3 Um motor a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros de 250 mm diâmetro tem um curso de 375 mm e trabalha em um ciclo ArPadrão frio Otto O volume total morto dos quatro cilindros é 001052 m3 A pressão inicial e temperatura são 1 bar e 47 oC Se a pressão máxima é limitada a 25 bar Encontre a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b A eciência do ciclo Rpta ηotto 56 5 c a pressão media efetiva pme Rpta pme 1 346bar 4 No inicio de um processo de compressão em um ciclo ArPadrão Otto p1 1bar e T1 300 K A razão ou taxa de compressão é de 85 e a adição de calor por unidade de massa de ar é 1400 kJkg A temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b Encontre o trabalho líquido em kJkg Rpta wliq 721 12kJkg c Encontre a temperatura máxima do ciclo em oK Rpta Tmax 2231 3oK d Calcule a PME em bar Rpta pme 9 492bar e Calcule a eciência energética e exergética do ciclo Rpta ηenerg 51 5 ηexe 60 3 5 Alguém sugeriu que o ciclo ArPadrão frio Otto é mais preciso se os dois processos isentrópicos forem substituídos pelos processos politrópicos com um 2 expoente politrópico n 13 Considere tal ciclo com uma razão de compres são igual a 8 P1 95 kPa T1 15oC e temperatura máxima de 1200 oC Determine a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b o calor transferido em kJkg Rpta qentrada 835kJkg c o calor rejeitado em kJkg Rpta qsada 420kJkg d a eciência do ciclo Rpta ηotto 49 8 6 O estado termodinâmico no inicio de um ciclo ArPadrão Diesel é determinado por p1 100KPa e T1 310 K A razão ou taxa de compressão é 15 A razão de corte varia entre 15 e 25 A temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b Encontre a temperatura máxima em K Gracar Tmax versus rc Rpta T 1301 5k c Calcule a pressão ao nal da expansão em kPaGracar P versus rc Rpta P 189 2kPa d Encontre o trabalho líquido por unidade de massa de ar em kJkg Gra car Wliq versus rc Rpta 297 5kJkg e Calcule a eciência energética ciclo Gracar Rpta η versus rc ηenergtica 59 4 f Calcule a eciência exergética do ciclo Rpta ηexergtica 69 62 7 O inicio do processo de compressão de um ciclo ArPadrão Diesel p1 1 bar e T1 300 K Para temperaturas máximas do ciclo iguais a 1200 1500 1800 e 2100 K esboce gracamente o calor adicionado por unidade de massa em kJkg o trabalho líquido por unidade de massa em kJkg a pressão média efetiva em bar e a eciência térmica versus taxas de compressão variando de 5 a 20 Finalmente também 3 a Escreva as equações de Balanço de massa energia entropia e exergia para cada processo b Calcule a eciência energética e exergética do ciclo Se a temperatura da fonte de calor e ambiente são respectivamente 2000 K e 293 k 4 Unidades 1Pascal 1 N m2 1Newton 1kgm s2 1Joule 1kgm2 s2 1bar 105 kg ms2 105Pa 100KPa 1Joule Nm Quando o calor especíco é contantes ciclo de ar padrão frio Cp 1 005kJkgK Cv 0 717kJkgK R 0 287kJkgK k 1 4 BOA SORTE 4 de março de 2024 5 Questão 1 Ciclo de Otto a 12 Compressão isentrópica adiabática reversível 1 T2 T1 xγ1 2 ΔS 0 23 Aquecimento a volume constante 1 qin CvT3T2 T3 T2 qinCv 2 Vcte V2V3 34 Expansão isentrópica Energia 1 T4 T3 1xγ1 2 ΔS0 41 Reaquecimento a volume constante qout CvT4T1 b T2 T1 xγ1 300 8014 6821 K T3 T2 qinCv 6821 135000718 32658 K Pressão máx P3P2 T3T2 Vcte P2 P3 xγ 103834 18957 kPa P3 P2 T3T2 18952 326586821 8970 kPa 897 bar η 1 1xγ1 1 1 8014 0563 563 Questão 2 Ciclo de Otto a 12 adidótica Energia T2 T1 xγ1 x T2T11γ1 Entropia ΔS0 Energia Δex Cv T2T1 23 ΔV0 Energia qin Cv T3T2 34 Expansão isentrópica T4 T3 1xγ1 41 ΔV0 Energia qout Cv T4T1 b x T3T11γ1 6003001014 2215 566 η 1 1xγ1 485 Questão 3 Ciclo de Otto a Equações por processo 12 compressão isentrópica T2 T1 xγ1 ΔS0 23 Vcte qin Cv T3T2 34 exp isentrópica T4 T3 1xγ1 ΔS0 41 Vcte qout Cv T4T1 b Eficiência térmica do ciclo Otto x VdVcVc 010736 00103052 00103052 8 η 1 1xγ1 1 18014 560 c Pme Wlliq M Vd η Wlliq qin W η qin qin Cv T3T2 11236 kJkg Wlliq 086 11236 6349 kJkg Vd RT1P0 11x 0649 m3kg logo Pme Witq vdaora 5 346 Van Clštoe 4 a Equação por processo etc 1 2 isotrep Compressâo T2 TA tr k1 S 0 ex CV T2 Ta 2 3 adição de calor a V cte qin Cu Ta T2 T3 T2 qin cv 3 4 isort rep Expansão T4 T3 1 kr k 1 S 0 4 1 reação de klor a V d qaut CV T4 T1 u Trabalho líquido por kg 1 T2 300 39 0 4 300 2 264 679 2 K 2 T3 679 2 6002 22 331 3 K 3 T 723 1 3 1 815 04 n 984 8 K 4 W Liq CV T3 T2 T4 T3 721 3 kPa kg c temperatura máxima Tmáx T3 2231 3 K d PME Pme Witq 7213 VLad R751 1 Vd 0 287 300 1 759 mi 1 kg Pme 7213 0793 949 2 kPa 9 492 km e eficiênca EnergiaTica Nenagia Witq fin 721 JS 1400 51 5 EnergiaTica qfin α qfin 1 To Tpest 13391 9 ηex Witq qua 7213 603 Clusteão 5 a Equação por processo poli trifófico 1 2 Compressão poli trifópica T2 T1 X n1 WS 2 R T2 TA s n S 0 ex CV T2 T1 To S 2 3 adição de calor a V constante qin Cv T3 T2 3 4 esxp politrópico T4 T3 V VTa n1 W3 4 R T3 T4 s N S 0 4 1 reação a V contata qaut CV T4 T1 b Calor de entrada qentrada 835 K5kg c Calor regatado qsaida CV T4 T1 qsaida 420 K5kg d Eficiência η 1 qsaida qentrada 49 8 Clusteão 6 a Equação para cola processo 1 2 intros compressâo T2 T1 XC k1 S 0 W3 2 Cv T2 T3 2 3 adição de calor a P cte T3 T2 Xq tago de Calo qin Cp Ta Ta S 0 3 4 isoctrop expansão T4 T3 1 Xc Xq k1 1 W3 4 CV Ta T4 M 1 refigião ded calor a V d qaut Cv Ta T3 Eficiência η rlseni es 1 qout qin EnergiaTica Witq ex qfin com qfin 1 To Tipest u Temperatura mázima Usase T2 T8 Xc k1 300 354 1030 1 K T3 T2 Xg 50101 289 1801 5 K c Pressão mio fim da expansão PR PG T1 T3 k k3 PA PB T4 T3 K k 1 Pu 2892 kPo a Trabalho líquido específico Wliq Qin Qout CpT3T2 CvT4T1 Wliq 2975 kJkg e eficiência energética η Wliq Qin 2975 500 594 f eficiência energética Qinu Qin 1 T0 Tfote 500 1 293 2000 42675 ηex Wliq Qinu 6962