MAPA – EMEC – Termodinâmica – 53/2025

MAPA – EMEC – TERMODINÂMICA – 53/2025

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 = 1,005 kJ/kg.K
c = 0,718 kJ/kg.K