mÁquinas tÉrmicas aula 4

MÁQUINAS TÉRMICAS

MÁQUINAS TÉRMICAS

MÁQUINAS TÉRMICAS

AULA 4

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO DAS MÁQUINAS

DE

COMBUSTÃO INTERNA

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

1. Admissão isobárica 0-1.

2. Compressão adiabática 1-2.

3. Combustão isocórica 2-3

4. Expansão adiabática 3-4.

5. Abertura de válvula 4-5

6. Exaustão isobárica 5-0.

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

ADMISSÃO ISOBÁRICA 0-1.

Transformação isobárica é uma transformação

termodinâmica na qual a pressão permanece constante. O termo

deriva da língua grega iso, "igual" e baros. "pressão".

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

COMPRESSÃO ADIABÁTICA 1-2.

Transformação Adiabática - do grego adiabatos

(impenetrável) - é a qualidade relativa ao limite a partir do qual não

ocorre transmissão de energia térmica.

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CICLO OTTO

MODELO IDEAL

COMBUSTÃO ISOCÓRICA 2-3

Transformação isocórica é uma transformação

termodinâmica que preserva o volume. O termo deriva da língua

grega, iso, "igual" e Khora, "lugar".

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

EXPANSÃO ADIABÁTICA 3-4.

Transformação Adiabática - do grego adiabatos

(impenetrável) - é a qualidade relativa ao limite a partir do qual não

ocorre transmissão de energia térmica.

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

EXPANSÃO ADIABÁTICA 3-4.

Transformação Adiabática - do grego adiabatos

(impenetrável) - é a qualidade relativa ao limite a partir do qual não

ocorre transmissão de energia térmica.

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

EXAUSTÃO ISOBÁRICA 5-0.

Transformação isobárica é uma transformação

termodinâmica na qual a pressão permanece constante. O termo

deriva da língua grega iso, "igual" e baros. "pressão".

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

MÁQUINAS TÉRMICAS

CICLO OTTO

MODELO IDEAL

O parâmetro utilizado para descrever o desempenho

dos motores de pistão alternativo é a pressão média

efetiva (PME).

A pressão média efetiva é a pressão teórica

constante que, se ocorresse no pistão durante a expansão,

produziria o mesmo trabalho desenvolvido em um ciclo.

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CICLO OTTO

MODELO IDEAL

PME = Trabalho líquido para um ciclo

Deslocamento Volumétrico

Comparando-se dois motores com cilindros de mesmo

volume, aquele que tiver pressão efetiva média (PME) maior

produzirá maior trabalho e, se os motores estiverem com a mesma

velocidade angular aquele que tiver pressão efetiva média (PME)

maior apresentará também maior potência.

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CICLO OTTO

Referindo-se ao diagrama

T-S da podemos concluir que o

ciclo Otto aumenta a eficiência

quando a relação de compressão

aumenta.

Isto ocorre porque a temperatura média da adição de calor

(QH) é maior quando relação de compressão é maior, mas o processo

de rejeição de calor(QL) permanece inalterado.

EFEITO DE RELAÇÃO COMPRESSÃO

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CICLO OTTO

MODELO IDEAL

Para realizar análises termodinâmicas dos motores de combustão

interna é necessária algumas simplificações:

Uma quantidade fixa de ar (gás ideal) é o fluido de trabalho.

O processo de combustão é substituído por uma transferência de

calor de uma fonte externa.

Não há exaustão nem admissão escape como em um motor real.

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CICLO OTTO

MODELO IDEAL

Para realizar análises termodinâmicas dos motores de combustão

interna é necessária algumas simplificações:

O ciclo é concluído por um processo de transferência de calor com

volume constante que ocorrem quando o pistão está no

ponto morto inferior.

Todos os processos são internamente reversíveis.

Os calores específicos são constantes.

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CICLO OTTO

DIAGRAMA P-V

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CICLO OTTO

DIAGRAMA T-S

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CICLO OTTO

MODELO IDEAL

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CICLO OTTO

O ciclo Otto padrão consiste de dois processos em

que há trabalho, mas não há transferência de calor,

processos 1 - 2 e 3 - 4.

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CICLO OTTO

O ciclo Otto padrão consiste de dois processos em

que há transferência de calor, mas não há trabalho,

processos 2 - 3 e 4 - 1.

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EXERCÍCIO

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EXERCÍCIO 1

Um fluxo de ar a 95 kPa e 300 K é admitido em um motor a

gasolina e, em seguida, é comprimido com uma taxa de compressão

volumétrica de 8:1. No processo de combustão 1300 kJ/kg de energia é

liberada na queima do combustível. Encontre:

a) A temperatura após a combustão.

b) A pressão após a combustão.

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SOLUÇÃO 1

Um fluxo de ar a 95 kPa e 300 K é admitido em um motor a gasolina e, em seguida, é

comprimido com uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No processo de combustão 1300

kJ/kg de energia é liberada na queima do combustível. Encontre:

a) A temperatura após a combustão

b) A pressão após a combustão.

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 1

Um fluxo de ar a 95 kPa e 300 K é admitido em um motor a gasolina e, em seguida, é

comprimido com uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No processo de combustão 1300

kJ/kg de energia é liberada na queima do combustível. Encontre:

a) A temperatura após a combustão

b) A pressão após a combustão.

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SOLUÇÃO 1

Um fluxo de ar a 95 kPa e 300 K é admitido em um motor a gasolina e, em seguida, é

comprimido com uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No processo de combustão 1300

kJ/kg de energia é liberada na queima do combustível. Encontre:

a) A temperatura após a combustão

b) A pressão após a combustão.

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EXERCÍCIO 2

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica

de 9:1. O estado antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a

temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule usando as

propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

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SOLUÇÃO 2

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 9:1. O estado

antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule

usando as propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

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SOLUÇÃO 2 Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 9:1. O estado

antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule

usando as propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 2

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 9:1. O estado

antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule

usando as propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 2

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 9:1. O estado

antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule

usando as propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

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SOLUÇÃO 2

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 9:1. O estado

antes da compressão é de 290 K, 90 kPa, e a temperatura máxima do ciclo é de 1800 K. Calcule

usando as propriedades da Tabela:

a) A pressão após a expansão

b) O trabalho líquido

c) A eficiência do ciclo

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EXERCÍCIO 3

Um motor de ignição por centelha, com taxa de compressão de 7:1,

opera segundo um ciclo Otto padrão. O processo de combustão do ciclo pode

ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar. No início do

processo de compressão o motor apresenta pressão e temperatura,

respectivamente de 90 kPa e 10°C. Assumindo calor específico constante cv =

0.717 kJ/kg K, determine:

a) A máxima de pressão do ciclo

b) A máxima temperatura do ciclo

c) A eficiência térmica do ciclo

d) A pressão média efetiva (PME)

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SOLUÇÃO 3

Um motor de ignição por centelha, com taxa de compressão de 7:1, opera segundo um ciclo Otto

padrão. O processo de combustão do ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar.

No início do processo de compressão o motor apresenta pressão e temperatura, respectivamente de 90 kPa e

10°C. Assumindo calor específico constante cv = 0.717 kJ/kg K, determine: a) A máxima de pressão do ciclo; b) A

máxima temperatura do ciclo; c) A eficiência térmica do ciclo; d) A pressão média efetiva (PME)

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SOLUÇÃO 3

Um motor de ignição por centelha, com taxa de compressão de 7:1, opera segundo um ciclo Otto

padrão. O processo de combustão do ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar.

No início do processo de compressão o motor apresenta pressão e temperatura, respectivamente de 90 kPa e

10°C. Assumindo calor específico constante cv = 0.717 kJ/kg K, determine: a) A máxima de pressão do ciclo; b) A

máxima temperatura do ciclo; c) A eficiência térmica do ciclo; d) A pressão média efetiva (PME)

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SOLUÇÃO 3

Um motor de ignição por centelha, com taxa de compressão de 7:1, opera segundo um ciclo Otto

padrão. O processo de combustão do ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar.

No início do processo de compressão o motor apresenta pressão e temperatura, respectivamente de 90 kPa e

10°C. Assumindo calor específico constante cv = 0.717 kJ/kg K, determine: a) A máxima de pressão do ciclo; b) A

máxima temperatura do ciclo; c) A eficiência térmica do ciclo; d) A pressão média efetiva (PME)

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SOLUÇÃO 3

Um motor de ignição por centelha, com taxa de compressão de 7:1, opera segundo um ciclo Otto

padrão. O processo de combustão do ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar.

No início do processo de compressão o motor apresenta pressão e temperatura, respectivamente de 90 kPa e

10°C. Assumindo calor específico constante cv = 0.717 kJ/kg K, determine: a) A máxima de pressão do ciclo; b) A

máxima temperatura do ciclo; c) A eficiência térmica do ciclo; d) A pressão média efetiva (PME)

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EXERCÍCIO 4

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão

volumétrica de 8:1. No início da compressão a temperatura e a

pressão são, respectivamente, 280 K e 85 kPa. A combustão gera

um pico de pressão de 6500 kPa. Encontre:

a) A temperatura de pico.

b) A energia acrescentada pelo processo de combustão.

c) A temperatura dos gases de escape.

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SOLUÇÃO 4

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K e 85 kPa. A combustão gera um pico de pressão de 6500

kPa. Encontre: a) A temperatura de pico.; b) A energia acrescentada pelo processo de combustão.; c) A

temperatura dos gases de escape.

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 4

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K e 85 kPa. A combustão gera um pico de pressão de 6500

kPa. Encontre: a) A temperatura de pico.; b) A energia acrescentada pelo processo de combustão.; c) A

temperatura dos gases de escape.

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 4

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K e 85 kPa. A combustão gera um pico de pressão de 6500

kPa. Encontre: a) A temperatura de pico.; b) A energia acrescentada pelo processo de combustão.; c) A

temperatura dos gases de escape.

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 4

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão volumétrica de 8:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K e 85 kPa. A combustão gera um pico de pressão de 6500

kPa. Encontre: a) A temperatura de pico.; b) A energia acrescentada pelo processo de combustão.; c) A

temperatura dos gases de escape.

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EXERCÍCIO 5

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão de

10:1. No início da compressão a temperatura e a pressão são,

respectivamente, 290 K e 85 kPa. Sabendo que a pressão de pico

é de 6000 kPa. Determine:

a) A temperatura mais alta no ciclo.

b) A temperatura no início da exaustão.

c) A eficiência do ciclo.

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SOLUÇÃO 5

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão de 10:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 290 K e 85 kPa. Sabendo que a pressão de pico é

de 6000 kPa. Determine: a) A temperatura mais alta no ciclo. b) A temperatura no início da

exaustão. c) A eficiência do ciclo.

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SOLUÇÃO 5

Um motor a gasolina tem uma taxa de compressão de 10:1. No início da compressão a

temperatura e a pressão são, respectivamente, 290 K e 85 kPa. Sabendo que a pressão de pico é

de 6000 kPa. Determine: a) A temperatura mais alta no ciclo. b) A temperatura no início da

exaustão. c) A eficiência do ciclo.

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EXERCÍCIO 6

Um motor a gasolina tem uma razão de compressão de

10:1. No início da compressão a temperatura e a pressão são,

respectivamente, 280 K, 70 kPa. O processo de combustão do

ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de

1800 kJ/kg de ar. Sabendo que o motor está funcionando a

2100 rpm e que a cilindrada total é de 2,3 litros, determine:

a) O trabalho líquido do ciclo.

b) A potência.

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SOLUÇÃO 6 Um motor a gasolina tem uma razão de compressão de 10:1. No início da compressão

a temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K, 70 kPa. O processo de combustão do

ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar. Sabendo que o motor

está funcionando a 2100 rpm e que a cilindrada total é de 2,3 litros, determine: a) O trabalho

líquido do ciclo. b) A potência.

MÁQUINAS TÉRMICAS

SOLUÇÃO 6 Um motor a gasolina tem uma razão de compressão de 10:1. No início da compressão

a temperatura e a pressão são, respectivamente, 280 K, 70 kPa. O processo de combustão do

ciclo pode ser considerado como uma adição de calor de 1800 kJ/kg de ar. Sabendo que o motor

está funcionando a 2100 rpm e que a cilindrada total é de 2,3 litros, determine: a) O trabalho

líquido do ciclo. b) A potência.

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FIM