MÁQUINAS TÉRMICAS
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AULA 4
MÁQUINAS TÉRMICAS
CICLO DAS MÁQUINAS
DE
COMBUSTÃO INTERNA
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CICLO OTTO
MODELO IDEAL
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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.
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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".
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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".
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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.
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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.
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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".
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CICLO OTTO
MODELO IDEAL
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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.
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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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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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FIM