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Page 1: Evolução das máquinas térmicas · PDF fileEvolução das máquinas térmicas André Oliveira C.E. Erich Walter Heine Introdução Máquinas à vapro Máquina de Heron Marmita de

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

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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

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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Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

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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Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

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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Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

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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Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

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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Heine

Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Introdução

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Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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A máquina depressão industrial

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Máquina deCarnot

Evolução

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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Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Introdução

Máquinas à vapor

Máquina deHeron

Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

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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Marmita dePapin e a panelade pressão

A máquina depressão industrial

Máquina deJames watt

Máquina deCarnot

Evolução

Motor a explosão de um carro.