Um motor é acionado a gasolina e opera segundo um Ciclo a Gás Alternativo de Compressão por Ignição por Centelha do tipo Otto conforme mostrado na...

a) Para determinar as pressões e temperaturas nos pontos 2, 3 e 4, é necessário utilizar as equações do ciclo Otto. No ponto 2, a pressão é igual à pressão atmosférica, ou seja, 1 bar. A temperatura é igual à temperatura no início do processo de compressão, que é de 27°C. No ponto 3, a pressão é igual à pressão máxima do ciclo, que pode ser determinada pela equação de compressão adiabática: P3/P2 = (V2/V3)^(γ) Onde γ é a razão de calor específico do ar, que é igual a 1,4 para o ar atmosférico. Substituindo os valores, temos: P3/1 = (1570+250)/(250)^(1,4) P3 = 22,7 bar A temperatura no ponto 3 pode ser determinada pela equação de combustão a volume constante: T3/T2 = (P3/P2)^((γ-1)/γ) Substituindo os valores, temos: T3/300 = (22,7/1)^((1,4-1)/1,4) T3 = 1023 K No ponto 4, a pressão é igual à pressão no ponto 3, ou seja, 22,7 bar. A temperatura pode ser determinada pela equação de expansão adiabática: T4/T3 = (V3/V4)^(γ-1) Substituindo os valores, temos: T4/1023 = (1570+250)/(1570)^(0,4) T4 = 2385 K b) A eficiência do ciclo Otto pode ser determinada pela equação: η = 1 - (1/r)^(γ-1) Onde r é a relação de compressão, que pode ser determinada por: r = (V1 + V2)/(V1 + V3) Substituindo os valores, temos: r = (1570+250)/(1570) r = 1,16 Substituindo na equação de eficiência, temos: η = 1 - (1/1,16)^(1,4-1) η = 0,56 ou 56% A quantidade de calor adicionado ao ciclo pode ser determinada pela equação: Qin = m*Cp*(T3-T2) Onde m é a massa de ar no ciclo, que pode ser determinada por: m = (P1*V1)/(R*T1) Substituindo os valores, temos: m = (1*π*(0,2/2)^2*0,25)/(287*300) m = 0,003 kg Substituindo na equação de calor adicionado, temos: Qin = 0,003*1,005*(1023-300) Qin = 2,44 kJ A quantidade de calor rejeitado pelo ciclo pode ser determinada pela equação: Qout = m*Cp*(T4-T1) Substituindo os valores, temos: Qout = 0,003*1,005*(2385-300) Qout = 6,68 kJ c) O trabalho por unidade de massa realizado pode ser determinado pela equação: w = Qin - Qout Substituindo os valores, temos: w = 2,44 - 6,68 w = -4,24 kJ/kg A pressão média efetiva do ciclo pode ser determinada pela equação: Pmef = w/(V1*(r^(γ-1)-1)/(γ-1)) Substituindo os valores, temos: Pmef = -4,24/(π*(0,2/2)^2*0,25*(1,16^(1,4-1)-1)/(1,4-1)) Pmef = -3,08 bar A potência ideal desenvolvida pelo motor pode ser determinada pela equação: P = m*w*N Onde N é a velocidade do motor em rotações por minuto. Substituindo os valores, temos: P = 0,003*(-4,24)*500 P = -6,36 kW