Análise do Ciclo Otto: Efeito da Razão de Compressão no Trabalho Líquido e Eficiência Térmica

Determine o efeito da razão de compressão sobre o trabalho líquido e a eficiência térmica do ciclo Otto para uma temperatura máxima no ciclo de 2200 K Considere o ar como fluido de trabalho o qual está a 95 kPa e 305 K no início do processo de compressão e calores específicos variáveis Estabeleça uma variação de 6 até 12 para a razão de compressão com um incremento de 1 Tabule e trace os resultados em um gráfico em função da razão de compressão Considere a compressão e a expansão com eficiência isentrópica de 80 Seu trabalho deve incluir mas não se limitar ao seguinte a Discussão das hipóteses e simplificações adotadas b Diagramas pv e Ts com os diversos estados numerados e informações sobre valores de temperatura pressão entalpia e entropia As considerações iniciais são gás ideal energias cinética e potenciais gravitacional e de pressão desprezíveis o sistema cilindropistão é fechado sem variação na massa do sistema Os dados são r 1 2 3 4 P kPa 95 T K 305 2200 U kJkg hs kJkg h real kJkg Vr S kJkgK Preenchendo a tabela das colunas nos quais já se possui a temperatura r 1 2 3 4 P kPa 95 T K 305 2200 U kJkg 21767 18724 hs kJkg 30522 25032 h real kJkg Vr 596 2012 Sº kJkgK 171865 39191 As expressões utilizadas na análise exata são No estado 2 𝑣𝑟2 𝑣𝑟1 𝑟 ℎ2𝑟 ℎ1 ℎ2𝑠 ℎ1 𝜂𝑐𝑜𝑚𝑝 𝑃2 𝑇2 𝑇1 𝑟 𝑃1 No estado 3 𝑃3 𝑇3 𝑇1 𝑟 𝑃1 No estado 4 𝑣𝑟4 𝑟 𝑣𝑟3 ℎ4𝑟 ℎ3 ℎ3 ℎ4𝑠𝜂𝑒𝑥𝑝 𝑃4 𝑇4 𝑇3 𝑃3 𝑟 Os outros dados são obtidos através da tabela de propriedades do ar A eficiência é 𝜂 1 𝑞𝑖𝑛 𝑞𝑜𝑢𝑡 1 𝑢4 𝑢1 𝑢3 𝑢2 Para r 6 temos 𝑣𝑟2 596 6 9933 Da tabela A17 encontrase T 61437 K hs 62214 kJkg u 44577 kJkgK Sº 243392 kJkgK Completando a coluna ℎ2𝑟 ℎ1 ℎ2𝑠 ℎ1 𝜂𝑐𝑜𝑚𝑝 30522 62214 30522 08 70137 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑃2 𝑇2 𝑇1 𝑟 𝑃1 61437 305 6 95 114817 𝑘𝑃𝑎 r 6 1 2 3 4 P kPa 95 114817 T K 305 61437 2200 U kJkg 21767 44577 18724 hs kJkg 30522 62214 25032 h real kJkg 70137 Vr 596 9933 2012 Sº kJkgK 171865 243392 39191 Para o estado 3 𝑃3 𝑇3 𝑇1 𝑟 𝑃1 2200 305 6 95 411148 𝑘𝑃𝑎 r 6 1 2 3 4 P kPa 95 114817 411148 T K 305 61437 2200 U kJkg 21767 44577 18724 hs kJkg 30522 62214 25032 h real kJkg 70137 Vr 596 9933 2012 Sº kJkgK 171865 243392 39191 Estado 4 𝑣𝑟4 𝑟 𝑣𝑟3 6 2012 12072 Da tabela encontrase T 12721 K hs 136288 kJkg u 99771 kJkg Sº 324771 kJkgK Completando a coluna ℎ4𝑟 ℎ3 ℎ3 ℎ4𝑠𝜂𝑒𝑥𝑝 25032 25032 136288 08 159094 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑃4 𝑇4 𝑇3 𝑃3 𝑟 12721 2200 411148 6 39623 𝑘𝑃𝑎 r 6 1 2 3 4 P kPa 95 114817 411148 39623 T K 305 61437 2200 12721 U kJkg 21767 44577 18724 99771 hs kJkg 30522 62214 25032 136288 h real kJkg 70137 159094 Vr 596 9933 2012 12072 Sº kJkgK 171865 243392 39191 324771 A eficiência é 𝜂 1 𝑢4 𝑢1 𝑢3 𝑢2 1 99771 21767 18724 44577 04532 4532 Gráfico P x v do ciclo otto Gráfico T x s do ciclo otto