Considere um motor Otto que consome m = 0,012 kg de combustível por ciclo, com poder calorífico LHV = 44×10^6…

Questão

Considere um motor Otto que consome m = 0,012 kg de combustível por ciclo, com poder calorífico LHV = 44×10^6 J/kg. A eficiência térmica real do motor é ? = 30%. Calcule (a) Q_in = m·LHV; (b) W = ?·Q_in; (c) Q_out = Q_in - W. Em seguida, discuta duas medidas físicas para aumentar a eficiência relacionando-as ao limite de Carnot. Use fórmulas e unidades SI.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos: Q_in = m·LHV = 0,012 kg·44×10^6 J/kg = 528000 J. W = ?·Q_in = 0,30·528000 J = 158400 J. Q_out = Q_in - W = 528000 - 158400 = 369600 J. Discussão: medidas para aumentar ? incluem (1) elevar a temperatura máxima do ciclo (aumentar T_hot) — ex.: maior taxa de compressão/maior relação de compressão no ciclo Otto — pois o limite teórico é ?_Carnot = 1 - T_c/T_h; (2) reduzir perdas térmicas e atrito (isolamento, melhores materiais, lubrificação) para diminuir Q_out. Observação: aumentar T_hot ou reduzir T_c reduz T_c/T_h e aproxima ? da eficiência de Carnot, mas há limites materiais e emissões que impedem alcançar ?_Carnot na prática.

Explicação

Os cálculos apresentados seguem a lógica da termodinâmica, onde a energia fornecida ao motor é calculada a partir do combustível consumido e seu poder calorífico. A discussão sobre medidas para aumentar a eficiência relaciona-se diretamente ao conceito de eficiência de Carnot, que estabelece limites teóricos baseados nas temperaturas do ciclo. A proposta de elevar a temperatura máxima e reduzir perdas térmicas é fundamentada na busca por maximizar a eficiência do motor, respeitando as limitações práticas.

Raio-X da questão

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