MAPA - EMEC - TERMODINÂMICA - 51_2026

 

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QUESTÃO 1

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Olá, 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;
c_p = 1,005 kJ/kg.K
c_v = 0,718 kJ/kg.K