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Evolução dasmáquinastérmicas

André OliveiraC.E. Erich Walter

Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

Evolução das máquinas térmicas

André OliveiraC.E. Erich Walter Heine

30 de março de 2013

Evolução dasmáquinastérmicas

André OliveiraC.E. Erich Walter

Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

De�nição:

MÁQUINA TÉRMICA é um dispositivo que utiliza o calortrocado entre corpos com diferentes temperaturas para ageração de outro tipo de energia, principalmente energiamecânica. Portanto, ela converte calor em trabalho.

Figura: Necessitamos de uma fonte fria e uma fonte quente para gerar o trabalho.

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Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

Exemplos de máquinas a vapor que revolucionaram ascomunicações, migrações, turismo e expansõescomerciais.

Figura: Trem a vapor Figura: Navio a vapor.

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Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

HERON, de Alexandria, viveu no século anterior aonascimento de Jesus Cristo. Grande sábio e matemáticoinventou a equação para a área de um triângulo (A = b.h

2).

Inventou uma máquina chamada de eolípila para provar apressão atmosférica.

Figura: Exemplo ilustrativo da máquina deHeron.

A eolípila é uma esfera ocacheia de água e com doiscanudos curvados. Aquecida aágua a esfera girava.

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Marmita dePapin e a panelade pressão

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Figura: Denis Papin

Físico, matemático, médico e inventor francês viveu no séculoXIX.Inventou uma máquina que foi a precursora da panela depressão, a Marmita de Papin.

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Figura: Marmita de Papin

Figura: Outra marmita de Papin

A primeira foto é feita de umcilíndro, onde colocava-se ocombustível e um outro cilíndroonde aquecia-se a água tampada�rmemente com apenas dois furos.Conseguia-se aquecer a água bemacima dos 100oC( à pressãoatmosférica).

A partir desse experimento, Papininventou uma rústica máquina parabombear água para cima do palácio.Ou seja, inventou a bomba d'água.

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Evolução

I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.

I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.

I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.

I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.

I A pressão interna pode chegar a → 2 atm

I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC

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Máquina deCarnot

Evolução

I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.

I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.

I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.

I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.

I A pressão interna pode chegar a → 2 atm

I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC

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Máquina deCarnot

Evolução

I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.

I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.

I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.

I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.

I A pressão interna pode chegar a → 2 atm

I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC

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Evolução

I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.

I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.

I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.

I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.

I A pressão interna pode chegar a → 2 atm

I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC

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Evolução

I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.

I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panela aumenta.

I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressão interna maior que aexterna.

I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna até que seja possívellevantar o pino.

I A pressão interna pode chegar a → 2 atm

I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC

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Uma pressão muito grande pode fazer a panela explodir caso o pinoesteja entupido ou travado.

Por esse motivo as panelas dispoem de uma trava de borracha desegurança. A pressão muito grande ela solta-se e alivia-se a pressão.

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Figura: Thomas Savery. Inglês queinventou e patenteou a primeira máquina avapor em 1698.

Figura: A máquina de Savery.

A primeira máquina realmente funcional foi a de ThomasSavery(séc.XVII) para resolver um problema de grandeescala.

I Com a madeira esgotando-se a Inglaterra utilizava o carvãomineral como fonte energética.

I As minas de carvão inundavam-se frequentemente.

I Savery inventou a bomba a vapor que retirava essa água da usina.

O problema da máquina de Savery era que funcionanva sob alta

pressão, tornando-a perigosa.

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Figura: Newcomen

Figura: A máquina de

Newcomen.

Thomas Newcomen em 1705 usava, pela primeira vez, um conjuntocilindro-pistão e era um legítimo substituto para a tração animal. Eleera sócio de Savery.

I Construiu cilindros polidos.

I Desperdiçava grande quantidade de energia.

I Utilizada por muitos anos. Foi o marco da Primeira Revoluçãoindustrial.

Recomendado por Leibniz, Papin voltou a trabalhar com o aperfeiçoamente de máquinas a

vapor e inventou o primeiro barco a vapor em 1709.

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Figura: James Watt Figura: A máquina de Watt.

Patenteada em 1769.

James Watt, mecânico escocês, inventou o condensador,resolvendo o grande problema de resfriamento da máquina deNewcomen.Isso aumentou muito o rendimento e diversi�cou o uso dessemecanismo.

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Figura: Sadi Carnot Figura: Bomba de calor de

Carnot.

Sadi Carnot(1796-1832) foi um físico e engenheiro francês.Carnot foi o primeiro a teorizar a máquina térmica, fugindodo estudo praticamente empírico realizado pelos anterios. Eleapresentou um modelo cientí�co para o melhoraproveitamento dessas máquinas. Estudaremos o ciclo deCarnot após as primeiras leis da termodinâmica.

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Importância da máquina a vapor

Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.

Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.

1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga

Étienne Lenoir

Utilização ainda hoje:

I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.

I Nos motores a explosão.

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Importância da máquina a vapor

Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.

Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.

1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga

Étienne Lenoir

Utilização ainda hoje:

I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.

I Nos motores a explosão.

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Importância da máquina a vapor

Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.

Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.

1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga

Étienne Lenoir

Utilização ainda hoje:I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.

I Nos motores a explosão.

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Motor a explosão de um carro.