Lista_de_Exercicios_Aula_3

Prévia do material em texto

AULA 3 – LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1 – Um ciclo de ar-padrão Otto possui uma taxa de compressão de 8,5. No início da 
compressão, 1001 =p kPa e 3001 =T K. A adição de calor por unidade de massa é de 
1400 kJ/kg. Determine: 
a) o trabalho líquido, em kJ por kg de ar. 
b) a eficiência térmica do ciclo. 
c) a pressão média efetiva, em kPa. 
d) a temperatura máxima do ciclo, em K. 
e) de modo a investigar os efeitos da variação de taxas de compressão, esboce 
graficamente cada uma das quantidades calculadas nos itens (a) até (d) para taxas de 
compressão variando entre 1 e 12. 
 
2 – Resolva o PROBLEMA 1 em uma base de ar-padrão frio com calores específicos 
avaliados a 300 K. 
 
3 – Considere o ciclo do PROBLEMA RESOLVIDO 3 como um modelo de processo 
em cada cilindro de um motor com ignição por centelha. Se o motor possui quatro 
cilindros e se o ciclo é repetido 1200 vezes por minuto em cada cilindro, determine a 
potência máxima de saída, em kW. 
 
4 – Um ciclo de ar-padrão Otto possui uma taxa de compressão igual a 9. No início da 
compressão, 951 =p kPa e 371 =T
oC. A massa de ar é 3 g e a temperatura máxima do 
ciclo é 1020 K. Determine: 
a) o calor rejeitado, em kJ. 
b) o trabalho líquido, em kJ. 
c) a eficiência térmica. 
d) a pressão média efetiva, em kPa. 
 
5 – Considere uma modificação no ciclo de ar-padrão Otto através da qual ambos os 
processo de compressão e expansão isoentrópicas são substituídos por processos 
politrópicos possuindo .3,1=n a taxa de compressão para o ciclo modificado vale 9. No 
início da compressão, 11 =p bar e 3001 =T K. A temperatura máxima durante o ciclo é 
2000 K. Determine: 
a) o calor transferido e o trabalho por unidade de massa, em kJ/kg, para cada processo 
do ciclo modificado. 
b) a eficiência térmica. 
c) a pressão média efetiva, em bar. 
 
6 – A pressão e a temperatura no início da compressão de um ciclo de ar-padrão Diesel 
são 95 kPa e 290 K, respectivamente. No final da adição de calor, a pressão é 6,5 MPa e 
a temperatura vale 2000 K. Determine: 
a) a taxa de compressão. 
b) a razão de corte. 
c) a eficiência térmica do ciclo. 
d) a pressão média efetiva, em kPa. 
 
7 – Resolva o PROBLEMA 6 em uma base de ar-padrão frio com calores específicos 
avaliados a 300 K. 
 
8 – As condições no início da compressão de um ciclo de ar-padrão Diesel são fixadas 
por 2001 =p kPa, 3801 =T K. A taxa de compressão é 20 e a adição de calor por 
unidade de massa é 900 kJ/kg. Determine: 
a) a temperatura máxima, em K. 
b) a razão de corte. 
c) o trabalho líquido por unidade de massa de ar, em kJ/kg. 
d) a eficiência térmica. 
e) a pressão média efetiva, em kPa. 
f) de modo a investigar os efeitos de variação da taxa de compressão, esboce cada uma 
das grandezas calculadas nos itens (a) até (e) para taxas de compressão variando entre 5 
e 25. 
 
9 – O volume de deslocamento de um motor de combustão interna é 3 L. Os processos 
no interior de cada cilindro do motor são modelados como em um ciclo de ar-padrão 
Diesel com uma razão de corte de 2,5. O estado do ar no início da compressão encontra-
se fixado em 951 =p kPa, 221 =T
oC e 2,31 =V L. Determine o trabalho líquido por 
ciclo, em kJ, a potência desenvolvida pelo motor, em kW, e a eficiência térmica se o 
ciclo for efetuado 2000 vezes por minuto. 
 
10 – O estado no início da compressão de um ciclo de ar-padrão Diesel encontra-se 
fixado em 1001 =p kPa, 3101 =T K. A razão de compressão é 15. Para razões de corte 
variando entre 1,5 e 2,5, esboce graficamente: 
a) a temperatura máxima, em K. 
b) a pressão ao final da expansão, em kPa. 
c) o trabalho líquido por unidade de massa, em kJ/kg. 
d) a eficiência térmica. 
 
11 – Um ciclo de ar-padrão Diesel possui uma temperatura máxima de 1800 K. No 
início da compressão, 951 =p kPa, 3001 =T K. A massa de ar é 12 g. Para taxas de 
compressão variando entre 15 e 25, esboce graficamente: 
a) o trabalho líquido do ciclo, e, kJ. 
b) a eficiência térmica. 
c) a pressão média efetiva, em kPa. 
 
12 – No início da compressão de um ciclo de ar-padrão Diesel, 961 =p kPa, 
016,01 =V m
3
 e 2901 =T K. A taxa de compressão é 15 e a temperatura máxima do ciclo 
é 1290 K. Determine: 
a) a massa de ar, em kg. 
b) a adição e rejeição de calor por ciclo, ambas em kJ. 
c) o trabalho líquido, em kJ, e a eficiência térmica. 
 
13 – Um ciclo de ar-padrão dual possui uma taxa de compressão igual a 9. No início da 
compressão, 1001 =p kPa e 3001 =T K. A adição de calor por unidade de massa é 1400 
kJ/kg, sendo que metade é adicionada a volume constante e a outra metade é adicionada 
à pressão constante. Determine: 
a) as temperaturas no fim de cada processo de adição de calor, em K. 
b) o trabalho líquido do ciclo por unidade de massa, em kJ/kg. 
c) a eficiência térmica. 
d) a pressão média efetiva, em kPa. 
 
14 – Um ciclo de ar-padrão Dual possui uma taxa de compressão de 17 e uma razão de 
corte de 1,23. No início da compressão, 951 =p kPa e 3101 =T K. A pressão se duplica 
durante o processo de adição de calor a volume constante. Se a massa de ar é 0,25 kg, 
determine: 
a) a adição de calor a volume constante e à pressão constante, ambas em kJ. 
b) o trabalho líquido do ciclo, em kJ. 
c) a rejeição de calor, em kJ. 
d) a eficiência térmica.