MAPA - EMEC - TERMODINÂMICA - 53_2025
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alunos!
Sabe-se que o estudo da termodinâmica é fundamental para a engenharia, pois
fornece a base teórica para entender e controlar processos de conversão de
energia. Ela permite analisar sistemas térmicos e energéticos, como motores,
turbinas, sistemas de refrigeração e ar-condicionado.
Compreender os princípios da termodinâmica é essencial para projetar sistemas
eficientes, reduzir perdas energéticas e otimizar o uso de recursos. Além
disso, ela é crucial para desenvolver tecnologias sustentáveis, como energias
renováveis e processos industriais menos poluentes. A termodinâmica também está
presente em fenômenos naturais e na vida cotidiana, ajudando a explicar desde a
fervura da água até o funcionamento do corpo humano. Pode ser considerada
muitas vezes como a base para o dimensionamento de máquinas térmicas.
CONTEXTUALIZAÇÃO
Uma empresa de tecnologia energética está desenvolvendo um equipamento para
abastecer instalações industriais em regiões mais afastadas dos centros
urbanos, onde o fornecimento de energia é limitado. O sistema será composto por
dois motores térmicos distintos: um de ignição por centelha (que pode ser
modelado como um ciclo Otto) e outro de ignição por compressão (que pode ser
modelado como um ciclo Diesel), ambos operando segundo o modelo padrão a ar
para fins de projeto, estimativa e simulação térmica.
O motor Otto foi projetado com uma razão de compressão de 10 e deve operar
fornecendo 95 kW de potência útil de forma contínua, enquanto o motor Diesel,
possui uma razão de compressão de 18. Ele admite ar a 100 kPa e 30 °C, e,
devido às limitações dos materiais utilizados na câmara de combustão, a
temperatura máxima do ciclo é limitada a 1427 °C.
O engenheiro responsável precisa verificar o desempenho teórico de ambos os
motores para validar a viabilidade do projeto. Para isso, foi solicitado que
fossem realizadas as seguintes análises:
a) Para o motor Otto, CALCULE a taxa de calor fornecido ao ciclo necessário
para que o motor produza a potência especificada, considerando o comportamento
ideal do ar e regime permanente.
b) Para o motor Diesel, DETERMINE a eficiência térmica máxima teórica com base
nas condições informadas e, em seguida, calcule a pressão média efetiva (PME)
correspondente ao ciclo ideal.
c) Sabendo que a eficiência térmica influencia diretamente o consumo de
combustível, estime, para uma hora de operação contínua, a energia total
fornecida a cada motor (em kJ). Em seguida, COMPARE o consumo energético dos
dois ciclos e discuta, com base nos resultados, qual motor é mais vantajoso sob
o ponto de vista da economia de combustível.
Considere:
R = 0,287 kJ/kg.K;
cp = 1,005 kJ/kg.K
cv = 0,718 kJ/kg.K
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