Ciclos de Potência a Gás: Introdução e Motores de Combustão Interna

DISCIPLINA TERMODIMÂMICA II DEM1013 UNIDADE 2 CICLOS DE POTÊNCIA A GÁS Aula I 21 Ciclo de arpadrão Otto 22 Ciclo de arpadrão Diesel 23 Instalações de potência com turbinas a gás 24 Ciclos Combinados 25 Cogeração Professor Thompson D M Lanzanova lanzanovamecanicaufsmbr INTRODUÇÃO O fluido de trabalho mantémse como gás em todo o ciclo Motores de ignição por centelha motores de ignição por compressão e turbinas a gás Energia é fornecida por queima de combustível dentro das fronteiras do sistema são MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Operam em um ciclo termodinâmico aberto Consideraremos o fluido de trabalho sendo ar puro para simplificação HIPÓTESES DO PADRÃO À AR O fluido de trabalho é o ar circula continuamente em um circuito fechado sempre é tratado como um gás idela Todos os processos são internamente reversíveis O processo de combustão é modelado como um processo de fornecimento de calor a partir de uma fonte externa O processo de exaustão é substituído por um processo de rejeição de calor que restaura o fluido de trabalho ao seu estado inicial Calores específicos constantes determinados a Tambiente INTRODUÇÃO O MOTOR ALTERNATIVO Pois o pistão alternase no cilindro entre duas posições fixas PONTO MORTO SUPERIOR PMS PONTO MORTO INFERIOR PMI O curso do motor é determinado como o valor de deslocamento do pistão entre o PMI e o PMS O ar ou mistura arcombustível é admitido no cilindro através da válvula de admissão Os produtos de combustão são expelidos do cilindro durante através da válvula de exaustão O volume da câmara de combustão quando o pistão está no PMS é chamado de VOLUME MORTO O VOLUME DESLOCADO é o àquele relacionado à diferença de volumes quando o pistão está no PMI e no PMS A razão entre o volume total do cilindro e o volume morto é chamada de RAZÃO DE COMPRESSÃO razão entre volumes razão de pressão 𝑟 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑃𝑀𝐼 𝑉𝑃𝑀𝑆 PRESSÃO MÉDIA EFETIVA PME Pressão constante aplicada durante o curso motor que produz a mesma quantidade de trabalho líquido que um ciclo real 𝑊𝑙𝑖𝑞 𝑃𝑀𝐸 𝐴𝑝 𝐶𝑢𝑟𝑠𝑜 𝑃𝑀𝐸 𝑉𝑑 𝑃𝑀𝐸 𝑊𝑙𝑖𝑞 𝑉𝑑 𝑘𝑃𝑎 CICLO OTTO MOTOR DE IGNIÇÃO POR CENTELHA CICLO OTTO MOTOR DE IGNIÇÃO POR CENTELHA Ciclo de potência Ciclo Ideal 12 Compressão isentrópica 23 Adição de calor a volume constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante CICLO OTTO MOTOR DE IGNIÇÃO POR CENTELHA Ciclo de potência Ciclo Ideal 12 Compressão isentrópica 23 Adição de calor a volume constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante Aplicando a lei da conservação de energia para o ciclo temos 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑤𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑠𝑎𝑖 Δ𝑢 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑢3 𝑢2 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑢4 𝑢1 Sendo a eficiência do ciclo dada pela relação entre o trabalho líquido e o calor entregue ao ciclo 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑞𝑒𝑛𝑡 1 𝑇4 𝑇1 𝑇3 𝑇2 1 𝑇1 𝑇4 𝑇1 1 𝑇2 𝑇3 𝑇2 1 Como os processos 12 e 34 são isentrópicos 𝑇1 𝑇2 𝑉2 𝑉1 𝛾1 𝑟𝛾1 𝑉3 𝑉4 𝛾1 𝑇4 𝑇3 𝑇4 𝑇1 𝑇3 𝑇2 𝑒 𝑟 𝑉1 𝑉2 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 1 𝑇1 𝑇4 𝑇1 1 𝑇2 𝑇3 𝑇2 1 1 𝑉2 𝑉1 𝛾1 1 𝑟1 𝛾1 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 1 1 𝑟𝛾1 CICLO OTTO MOTOR DE IGNIÇÃO POR CENTELHA 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 1 1 𝑟𝛾1 Exercício de fixação Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Exercício de fixação Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido httpsircwisceduproperties c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 Exercício de fixação Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 0104 3 4 Exercício de fixação Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 𝑐𝑜𝑚 𝛾 14 𝑇1 𝑇2 𝑉2 𝑉1 𝛾1 𝑇2 𝑇1 𝑟𝛾1 290 8141 666 𝐾 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 666 0104 3 4 Exercício de fixação Um ciclo Otto ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante Considerando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 𝑐𝑜𝑚 𝛾 14 𝑇1 𝑇2 𝑉2 𝑉1 𝛾1 𝑇2 𝑇1 𝑟𝛾1 290 8141 666 𝐾 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐v Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 0718 666 1780 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 0718 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1780 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐v Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 0718 666 1780 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 0718 𝑃3𝑉3 𝑇3 𝑃2𝑉2 𝑇2 𝑉3 𝑉2 𝑃3 𝑃2 𝑇2 𝑇3 1838 666 1780 4912 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐v Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 0718 666 1780 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 0718 𝑃3𝑉3 𝑇3 𝑃2𝑉2 𝑇2 𝑉3 𝑉2 𝑃3 𝑃2 𝑇2 𝑇3 1838 666 1780 4912 𝑘𝑃𝑎 𝑃4 𝑃3 𝑣3 𝑣4 𝛾 𝑃3 𝑟𝛾 4912 𝑘𝑃𝑎 814 267 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐v Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 0718 666 1780 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 0718 𝑃3𝑉3 𝑇3 𝑃2𝑉2 𝑇2 𝑉3 𝑉2 𝑃3 𝑃2 𝑇2 𝑇3 1838 666 1780 4912 𝑘𝑃𝑎 𝑃4 𝑃3 𝑣3 𝑣4 𝛾 𝑃3 𝑟𝛾 4912 𝑘𝑃𝑎 814 267 𝑘𝑃𝑎 𝑇4 𝑇3 𝑃4 𝑣4 𝑃3 𝑣3 𝑇3 𝑃4 𝑃3 𝑟 775 𝐾 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 775 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 775 290 348 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 34823 45177 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 775 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 775 290 348 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 34823 45177 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 45177 800 565 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 775 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 775 290 348 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 34823 45177 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 45177 800 565 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑟 1 1 𝑟𝛾1 1 1 804 565 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 775 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 775 290 348 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 34823 45177 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 45177 800 565 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 𝑟 1 1 𝑟𝛾1 1 1 804 565 d a pressão média efetiva do ciclo 𝑃𝑀𝐸 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣𝑑 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣1 𝑣2 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣1 1 8 𝑣1 45177 0833 7 8 6205 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4912 1780 4 267 775 DISCIPLINA TERMODIMÂMICA II DEM1013 UNIDADE 2 CICLOS DE POTÊNCIA A GÁS Aula II 21 Ciclo de arpadrão Otto 22 Ciclo de arpadrão Diesel 23 Instalações de potência com turbinas a gás 24 Ciclos Combinados 25 Cogeração Professor Thompson D M Lanzanova lanzanovamecanicaufsmbr CICLO DIESEL MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO COMBUSTÃO À PRESSÃO CONSTANTE COMBUSTÃO À PRESSÃO CONSTANTE COMBUSTÃO À VOLUME CONSTANTE CICLO DIESEL MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÂO Ciclo de potência Ciclo Ideal 12 Compressão isentrópica 23 Adição de calor a PRESSÃO constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante Aplicando a lei da conservação de energia para o ciclo temos 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑤𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑠𝑎𝑖 Δ𝑢 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑠𝑎𝑖 𝑢3 𝑢2 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑃2 𝑉3 𝑉2 𝑢3 𝑢2 Sendo a entalpia definida como ℎ 𝑢 𝑃𝑣 𝑞𝑒𝑛𝑡 ℎ3 ℎ2 𝑐𝑝𝑇3 𝑇2 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑢4 𝑢1 𝑐𝑣𝑇4 𝑇1 Sendo a eficiência do ciclo dada pela relação entre o trabalho líquido e o calor entregue ao ciclo 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑞𝑒𝑛𝑡 1 𝑐𝑣𝑇4 𝑇1 𝑐𝑝𝑇3 𝑇2 1 𝑇1 𝑇4 𝑇1 1 𝛾𝑇2 𝑇3 𝑇2 1 Definimos uma nova grandeza rc razão de corte 𝑟𝑐 𝑉3 𝑉2 𝑣3 𝑣2 Com alguma manipulação matemática chegamos à 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 1 1 𝑟𝛾1 𝑟𝑐 𝛾 1 𝛾 𝑟𝑐 1 Sempre maior que 1 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 CICLO DIESEL MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÂO Ciclo de potência Ciclo Ideal 12 Compressão isentrópica 23 Adição de calor a PRESSÃO constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante Aplicando a lei da conservação de energia para o ciclo temos 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑤𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑠𝑎𝑖 Δ𝑢 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑠𝑎𝑖 𝑢3 𝑢2 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑃2 𝑉3 𝑉2 𝑢3 𝑢2 Sendo a entalpia definida como ℎ 𝑢 𝑃𝑣 𝑞𝑒𝑛𝑡 ℎ3 ℎ2 𝑐𝑝𝑇3 𝑇2 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑢4 𝑢1 𝑐𝑣𝑇4 𝑇1 Sendo a eficiência do ciclo dada pela relação entre o trabalho líquido e o calor entregue ao ciclo 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑞𝑒𝑛𝑡 1 𝑐𝑣𝑇4 𝑇1 𝑐𝑝𝑇3 𝑇2 1 𝑇1 𝑇4 𝑇1 1 𝛾𝑇2 𝑇3 𝑇2 1 Definimos uma nova grandeza rc razão de corte 𝑟𝑐 𝑉3 𝑉2 𝑣3 𝑣2 Com alguma manipulação matemática chegamos à 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 1 1 𝑟𝛾1 𝑟𝑐 𝛾 1 𝛾 𝑟𝑐 1 Sempre maior que 1 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝜂𝑡𝑂𝑡𝑡𝑜 CICLO DIESEL MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÂO Ciclo de potência Ciclo Ideal 12 Compressão isentrópica 23 Adição de calor a PRESSÃO constante 34 Expansão isentrópica 41 Rejeição de calor a volume constante 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 1 1 𝑟𝛾1 𝑟𝑐 𝛾 1 𝛾 𝑟𝑐 1 Sempre maior que 1 Exercício de fixação Um motor que opera segundo o ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a pressão constante Desconsiderando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Exercício de fixação Um motor que opera segundo o ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a pressão constante Desconsiderando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido httpsircwisceduproperties c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 Exercício de fixação Um motor que opera segundo o ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a pressão constante Desconsiderando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 0104 3 4 Exercício de fixação Um motor que opera segundo o ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a pressão constante Desconsiderando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 𝑐𝑜𝑚 𝛾 14 𝑇1 𝑇2 𝑉2 𝑉1 𝛾1 𝑇2 𝑇1 𝑟𝛾1 290 8141 666 𝐾 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 666 0104 3 4 Exercício de fixação Um motor que opera segundo o ciclo Diesel ideal tem uma razão de compressão igual a 8 No início do processo de compressão o ar está a 100 kPa e 17 C e 800 kJkg de calor são transferidos para o ar durante o processo de fornecimento de calor a pressão constante Desconsiderando a variação dos calores específicos do ar com a temperatura determine a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido c a eficiência térmica d a pressão média efetiva do ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑞𝑒𝑛𝑡 800 𝑘𝐽𝑘𝑔 𝑣1𝑃1 𝑇1 0833 𝑚³𝑘𝑔 𝑣1𝑣2 𝑟 𝑣2 𝑣1𝑟 08338 0104 𝑐𝑜𝑚 𝛾 14 𝑇1 𝑇2 𝑉2 𝑉1 𝛾1 𝑇2 𝑇1 𝑟𝛾1 290 8141 666 𝐾 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐p Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 1010 666 1458 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 1010 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1458 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐p Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 1010 666 1458 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 1010 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃3𝑣3 𝑇3 𝑣3 𝑇3 𝑇2 𝑣2 1458 666 0104 0228 𝑚3 𝑘𝑔 𝑟𝑐 𝑣3 𝑣2 0228 0104 219 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo Para as propriedades do ar seco dry air httpsircwisceduproperties 𝑃1𝑣1 𝑇1 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃2 𝑃1 𝑣1 𝑣2 𝑇2 𝑇1 105 8 666 290 1838 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐p Δ𝑇 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑐𝑣 𝑇3 𝑇2 𝑇3 800 1010 666 1458 𝐾 𝑐𝑜𝑚 𝑐𝑣 1010 𝑃2𝑣2 𝑇2 𝑃3𝑣3 𝑇3 𝑣3 𝑇3 𝑇2 𝑣2 1458 666 0104 0228 𝑚3 𝑘𝑔 𝑟𝑐 𝑣3 𝑣2 0228 0104 219 𝑃4 𝑃3 𝑣3 𝑣4 𝛾 1838 0228 0833 𝛾 2996 𝑘𝑃𝑎 𝑇4 𝑇3 𝑣3 𝑣4 𝛾1 1458 0228 0833 04 8683 𝐾 𝑇4 𝑇1 𝑃4 𝑃1 290 2996 100 8688 𝐾 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 2996 8685 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 8685 290 4156 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 4156 3844 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 300 868 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 1094 290 5773 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 415 3844 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 3844 800 480 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 300 1094 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 1094 290 5773 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 415 3848 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 3844 800 480 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 1 1 𝑟𝛾1 𝑟𝑐 𝛾 1 𝛾 𝑟𝑐 1 1 1 804 219141 14 219 1 478 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 300 1094 Exercício de fixação a a temperatura e a pressão máximas que ocorrem durante o ciclo b o trabalho líquido produzido 𝑞𝑠𝑎𝑖 𝑐𝑣Δ𝑇 𝑐𝑣 𝑇4 𝑇1 0718 1094 290 5773 kJ kg 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 𝑞𝑠𝑎𝑖 800 415 3848 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a eficiência térmica 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑞𝑒𝑛𝑡 3844 800 480 𝜂𝑡𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 1 1 𝑟𝛾1 𝑟𝑐 𝛾 1 𝛾 𝑟𝑐 1 1 1 804 219141 14 219 1 478 d A PME 𝑃𝑀𝐸 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣𝑑 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣1 𝑣2 𝑤𝑙𝑖𝑞 𝑣1 1 8 𝑣1 3848 0833 7 8 5279 𝑘𝑃𝑎 Estado P kPa T K v m³kg 1 100 290 0833 2 1838 666 0104 3 1838 1458 0228 4 300 1094