Exercicios de Aplicao 1

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Exercícios de Aplicação 
Curso: Engenharia Mecânica Disciplina: Sistemas automotivos 
 
1) Considere um ciclo teórico a ar OTTO com as seguintes características: 
P1 = 100 kPa e T1 = 330 K 
Vd = 0,2 L i = 4 cilindros (4 tempos) D/C=1,1 razão de compressão: 12:1 
Rotação máxima = 5500 rpm 
 
Quanto ao combustível e propriedades do ar podemos assumir: 
 
Combustível: gasolina 
Razão combustível/ar = 1/15,2 
CE = PCI = 44 MJ/kg 
Cp,ar = 1004 J/kg.K 
Cv,ar = 717 J/kg.K 
Rar = 287 J/kg.K 
k = 1,4 
 
Responda/determine para rotação máxima: 
 
a) Demonstre, a partir da 1ª lei da termodinâmica, a equação utilizada para determinar o calor que entra no ciclo. 
Determine a temperatura no final de cada processo [K].; 
b) Determine a potência do ciclo [kW] e a eficiência do ciclo [%]; 
c) Determine o consumo de combustível do motor [kg/h]; 
d) Determine a nova eficiência do ciclo se a junta do cabeçote for reduzida em 0,5 mm [%]. 
 
2) Considere um ciclo teórico a ar DIESEL com as seguintes características: 
P1 = 100 kPa e T1 = 300 K 
Vd = 0,5 L (cada cilindro) i = 4 cilindros (4 tempos) D/C=1,1 razão de compressão: 18:1 
Rotação de trabalho = 1800 rpm 
 
Quanto ao combustível e propriedades do ar podemos assumir: 
 
Razão combustível/ar = 1/14,7 
CE = PCI = 44 MJ/kg 
Cp,ar = 1004 J/kg.K 
Cv,ar = 717 J/kg.K 
Rar = 287 J/kg.K 
k = 1,4 
 
Responda/determine para rotação de trabalho: 
 
a) Determine o volume da câmara de cada cilindro [L]; 
b) A temperatura no final de cada processo [K]; 
c) O calor introduzido [J]; 
d) A potência do ciclo [kW]. 
 
3) O ciclo de um cilindro de um motor Otto a 4T é representado na Figura. A cilindrada do motor é 1.500 cm³ e o calor 
fornecido por ciclo, por unidade de massa de ar é 356 kcal/kg. Sendo ηt = 56%, k = 1,4 e R = 29,3 kgm/kgK, pede-se: 
a) A máxima temperatura do ciclo; 
b) A potência do motor a 5.600 rpm, representado no ciclo (CV); 
c) O consumo do motor em kg/h de um combustível de PCI = 9.800 kcal/kg. 
 
 
 
 
4) 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 seis cilindros, cumprir aproximadamente um ciclo Diesel conforme esquema, ser de 
combustão espontânea, 4T e ter um volume total em cada cilindro de 701,7 cm³. São estimados: pmax = 60 atm; p1 = 1 atm; 
T1 = 60 ºC. 
Propriedades do ar: k =1,4; R = 29,3 kgf.m/kgK 
n = 3.000 rpm; F = 0,05 kg comb/ kg ar; PCI = 10.000 kcal/kg. 
Pede-se: 
a) Completar as propriedades do ciclo (p, T e V); 
b) Relação de compressão; 
c) Cilindrada total; 
d) Fluxo de calor fornecido; 
e) Temperatura máxima do ciclo; 
f) Trabalho do ciclo; 
g) Pressão média do ciclo; 
h) Potência do ciclo. 
 
5) Um ciclo Otto tem uma razão de compressão de 9. O calor é fornecido queimando-se 1,3 x 10-4 kg de combustível de PCI 
= 10.000 kcal/kg por ciclo. Se esse ciclo for utilizado por um motor 4T a 5.000 rpm, qual a potência do ciclo em CV? Dado: 
k = 1,4. 
 
6) Para um motor Otto de quatro cilindros a 4T, considera-se a compressão isentrópica e o fluxo ativo apenas ar (k = 1,4; R 
= 29,3 kgm/kg.K). A cilindrada total é 2 L e a razão de compressão é 8. Reduzindo-se o volume morto de 20%, qual a 
variação percentual teórica de eficiência térmica do ciclo? 
 
7) Um motor Diesel a 4T é representado por um ciclo Diesel padrão a ar de razão de compressão 18. Quando fecha a válvula 
de admissão a pressão é 0,9 kgf/cm² e a temperatura é 50ºC. O motor tem uma cilindrada de 12 L e a 2.800 rpm o ciclo 
produz uma potência de 240 CV. Sendo a temperatura de escape 1.000 ºC, qual o consumo em kg/h de um combustível de 
PCI = 10.000 kcal/kg? 
 
8) Em um motor Otto a 4T de quatro cilindros o ciclo padrão a ar tem uma temperatura no início da compressão de 30 ºC e 
uma pressão de 0,96 kgf/cm² e no final da expansão de 700ºC. A razão de compressão é 10 e utiliza um combustível de PCI 
= 9.600 kcal/kg. A cilindrada de um cilindro é 500 cm³. Qual será o consumo de combustível em kg/h na rotação de 5600 
rpm? (k = 1,35; cp = 0,22 kcal/kg.K). 
 
9) Um ciclo Otto padrão a ar (k = 1,4; R = 29,3 kgm/kg.K) representa um motor a 4T de razão de compressão 8:1. A potência 
do ciclo é 50 CV a 2.800 rpm. Qual a massa de combustível consumida por ciclo, se o mesmo tem PCI = 10.000 kcal/kg? 
 
10) Por que no ciclo Diesel, padrão ar que procura representar o ciclo real do motor Diesel, o fornecimento do calor da fonte 
quente é imaginado isobárico? 
 
11) Um motor Diesel a 4T de seis cilindros de 12 cm de diâmetro e 10 cm de curso é representado por um ciclo Diesel 
padrão a ar (k = 1,4; R = 29,3 kgm/kg.K). Ao aplicar uma pressão constante de 10 kgf/cm² no pistão, ao longo de um curso, 
obtém-se o mesmo trabalho do ciclo. A eficiência térmica do ciclo é 60%. O ciclo começa com v1 = 0,9 kg/m³ e p1 = 0,9 
kgf/cm² e tem uma razão de compressão de 16. Qual a máxima temperatura do ciclo?