mÁquinas tÉrmicas aula 4
TRANSCRIPT
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
CICLO OTTO
DIAGRAMA P-V
MÁQUINAS TÉRMICAS
CICLO OTTO
DIAGRAMA T-S
MÁQUINAS TÉRMICAS
CICLO OTTO
MODELO IDEAL
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
EXERCÍCIO
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
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.
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.
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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
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
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
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
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)
MÁQUINAS TÉRMICAS
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)
MÁQUINAS TÉRMICAS
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)
MÁQUINAS TÉRMICAS
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)
MÁQUINAS TÉRMICAS
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)
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
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.
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
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
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.
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.
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.
MÁQUINAS TÉRMICAS
FIM