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Exercicios de Sistemas fluidotermicos

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Exercícios
A figura representa um ciclo Diesel padrão ar representativo de um motor de ignição espontânea a 4 tempos. São dados:
Cilindrada do motor V = 5000 cm³
Poder calorífico do combustível pci = 10000 kcal/kg
Cv=0,171 kcal/kgK; cp=0,239 kcal/kgK; K=1,4; R=29,3 kgm/kgK
Pede-se:
Completar as pressões, temperaturas e volumes no ciclo;
A taxa de compressão;
A massa de ar que trabalha no ciclo;
O calor fornecido ao ciclo (kcal);
Uma estimativa da relação combustível/ar;
O trabalho do ciclo (kgm);
A eficiência térmica;
A pressão média do ciclo (kgf/cm²);
A rotação do motor que permitiria obter uma potência do ciclo de 146 CV;
A fração residual de gases.
Imagem
O ciclo indicado é a aproximação de um ciclo Otto, no qual os processos foram associados a segmentos de reta.
Imagem
Pede-se:
A potência indicada em CV, se o ciclo está associado a um motor a 4T a 4.000 rpm de 1500 cm³ de cilindrada;
O consumo de combustível (kg/h) se o rendimento térmico é 43% e o pci 10.000 kcal/kg.
O ciclo de um cilindro de um motor Otto a 4T é representado na figura. A cilindrada do motor é 1500 cm³ e o calor fornecido por ciclo, por unidade de massa de ar é 356 kcal/kg. Sendo nt=56%; K=1,4 e R=29,3kgm/kgk, pede-se:
A máxima temperatura do ciclo;
A potência do motor a 5.600 rpm, representada pela potência do ciclo (CV);
O consumo do motor em kg/h de um combustível de pci = 9800 kcal/kg.
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Num motor Diesel a 4T de 4 cilindros de 9,5 cm de diâmetro e 10 cm de curso, é ligado um transdutor de pressões num cilindro, a 2.800 rpm. A figura real do diagrama p.V é adaptada à figura teórica dada e, para que os valores reais possam ser reproduzidos aproximadamente, adotou-se K-1,3 e cp=0,22 kcal/kgK. Pede-se:
O trabalho de compressão e expansão para o cilindro;
A potência do ciclo;
A eficiência térmica do cilo;
A potência no eixo do motor, supondo o rendimento mecânico 0,8;
O consumo de combustível do motor em L/h se a densidade é 0,84 kg/L e a relação combustível-ar for 0,06;
O rendimento do ciclo se o combustível se o combustível queimasse todo no PMS;
Nesse caso, qual a pressão máxima atingida?
Qual o esboço da figura que se obteria no p-V se fosse desligada a injeção de combustível?
Imagem
Deseja-se estimar as propriedades de um motor a 4 tempos por meio do estudo de um ciclo Misto padrão. Para conseguir uma melhor aproximação aos dados reais, estimou-se que as propriedades do fluido ativo fossem R=29,3kgm/kgK e Cv=0,2 kcal/kgK. O motor tem os seguintes dados:
Número de cilindros =4; volume total Vt=3663 cm3;
Conhecem-se do ciclo: Tmax=3.000 k; T1=313 K; p1= 0,9 kgf/cm²; Wcomp = 145 kgm.
Conhecem-se ainda: F = 0,053 e pci = 10400 kcal/kg.
Imagem
Pede-se:
Determinar as pressões, temperaturas e os volumes específicos;
A taxa de compressão;
O trabalho de expansão;
A área do ciclo se for utilizada a escala 100 mm = 1m³/kg e 1 mm = 1 kgf/cm²;
O rendimento térmico.
A potência do ciclo à rotação de 2.800 rpm;
O consumo horário de combustível à rotação de 2.800 rpm;
A fração residual de gases.
No projeto de um motor tenta-se prever um ciclo ideal padrão-ar para poder tirar conclusões numéricas sobre seu desempenho. O motor deverá ter 6 cilindros, cumprir aproximadamente um ciclo Diesel conformo esquema, ser de combustão espontânea, 4T e ter um volume total em cada cilindro de 701,7 cm³. Ao estimados: pmax=60 atm; p1 = 1 atm; t1=60°C
Propriedades do ar: K=1,4; R= 29,3 kgf.m/kgK
N=3000 rpm; F =0,05 kg com/kg ar; pci=10000 kcal/kg;
Pede-se:
Completar as propriedades do ciclo (p, T e V);
Relação de compressão;
Cilindrada;
Fluxo de calor fornecido;
Temperatura máxima do cilo;
Fração residual de gases de gases;
Trabalho do ciclo;
Pressão média do ciclo;
Potência do ciclo.
Imagem
Numa indústria fabricante de motores Diesel estacionários fez-se o levantamento do diagrama p-V de um motores à rotação de 1.800 rpm. O motor é 4T e sua taxa de compressão é 16. No diagrama p-V lançou-se o volume total do motor, a pressão máxima, sendo dados no início da compressão: p1=0,9 kgf/cm²; T1=310 K; a relação combustível/ar F = 0,0542; R=29,3 kg f.m/kgK; o poder calorífico inferior do combustível: pci = 104 kcal/kg e sua massa específica PC=750 kg/m³.
Deseja-se fazer uma previsão das propriedades do motor por meio do ciclo-padrão correspondente.
Pede-se:
Ajustar o valor de K (constante adiabática);
Pressões, temperaturas e volumes, estimados para os principais pontos do ciclo;
A fração residual de gases “f”;
Potência em CV;
Eficiência térmica;
Consumo de combustível em litros/hora.
Imagens
A figura mostra um ciclo Misto representativo de um MIF – 4T. São dados: Wcomp = 200 kgm; R=29,3/kgK; K=1,4; T3=1500K; calor fornecido isocoricamente = calor fornecido isobaricamente; pci=10000 kcal/kg.
Pede-se:
P, T e V;
Massa de ar contida no motor (despreza-se a presença de combustível);
Rv;
Q2 (kcal);
Nt;
Wc (kgm);
A relação comb/ar F;
Pm (kgf/cm²);
N@n=3800 rpm;
F.
Imagem
Resolver um ciclo Otto mediante a utilização dos diagramas para misturas combustíveis, conhecendo-se os seguintes dados:
rv=8; p1=17,4 psia; T1 = 540 K; FR= 1,2; Fe = 0,06775;
Mar=29; pci = 19180 BTU/Ibm
Pede-se:
As propriedades nos principais pontos do ciclo;
Verificar a fração residual dos gases;
O trabalho do ciclo;
A eficiência térmica;
A pressão média do ciclo.
Resolver um ciclo misto de pressão limitada com o combustível injetado na forma líquida no ponto 2, final do curso de compressão.
Dados: rv=16; p1=14,7 psia; T1=600 K; pci = 19180 BTU/lb; p3=1030 psia; calor latente de vaporização do combustível Elv=145 BTU/lb;
FR=0,8; Fe=0,06775
Pede-se:
As propriedades nos principais pontos do ciclo;
Verificar a fração residual de gases;
O trabalho do ciclo;
A eficiência térmica;
A pressão média do ciclo.
Um ciclo Otto tem uma taxa de compressão 9. O calor fornecido queimando-se 1,3x10-4 kg de combustível de pci = 10.000 kcal/kg por ciclo. Se esse ciclo for utilizado por um motor a 4T a 5.000 rpm, qual a potência do ciclo em CV? Dado k= 1,4.
Para um motor Otto de 4 cilindros a 4T, considera-se a compressão isoentrópica e o fluido ativo apenas ar (k =1,4; R=29,3 kgm/kg.K). A cilindrada [e 2L e a taxa de compressão é 8. Reduzindo-se o volume morto de 20%, qual a variação porcentual teórico da eficiência térmica?
Num motor Otto, o material da válvula de escape não pode ultrapassar 700°C, Assimilando-se o ciclo real desse motor a um ciclo Otto padrão a ar de taxa de compressão 8, no qual a temperatura de escape seja 700°C, se a temperatura no início da compressão for de 50°C, qual a máxima temperatura de combustão?
Um motor Diesel a 4T é representado por um ciclo Diesel padrão a ar de taxa de compressão 18.
Quando fecha a válvula de admissão a pressão é 0,9 kgf/cm² e a temperatura é 50°C. O motor tem uma cilindrada de 12 L e a 2800 rpm o ciclo produz uma potência de 240 CV. Sendo a temperatura de escape 1.000°C, qual o consumo em kg/h de um combustível de pci = 10.000 kcal/kg?
 Um motor a 2T tem taxa de compressão 7, diâmetro do cilindro D=7 cm e curso s =6,5 cm. O início da passagem de escape fica no meio do curso. Supondo que a expansão seja isoentrópica (k=1,4; R=29,3 kgm/kg.K), qual a pressão no início do escape, sabendo-se que a pressão no PMS é 50 kgf/cm²?
Um ciclo Otto tem uma taxa de compressão 8 e representa um motor Otto a 4T de cilindrada 1,5 L à rotação de 6.000 rpm. Ao fechar a válvula de admissão, a pressão é 0,9 kgf/cm² e a temperatura é 42°C. Supõem-se as hipóteses dos ciclos padrões a ar, com gás tendo k=1,35 e R=28 kgm/kg.K. No motor, verifica-se um consumo de 20 kg/h de combustível de pci = 9.600 kcal/kg.
Qual a potência do ciclo? (CV)
Qual a temperatura de escape?
Um motor de 4 cilindros a 4T deve ser projetado para produzir uma ptência do ciclo de 120 CV a 5.600 rpm. O motor deve ter o curso igual ao diâmetro do cilindro e estima-se que tenha um ciclo teórico como o indicado na figura, onde o retângulo tem a mesma área do ciclo. Qual deverá

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