máquinas térmicas

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Professor Edinei Oliveira Chagas

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Page 1: Máquinas térmicas

Professor Edinei Oliveira Chagas

Page 2: Máquinas térmicas

Definição

A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho.

Page 3: Máquinas térmicas

Máquina a Vapor

Eeolipile (eolípila) Feita por Heron de

Alexandria. Pequena esfera de

cobre com dois caninhos torcidos.

Tinha água em seu interior

Page 4: Máquinas térmicas

Eolípila

Colocada sobre um tripé e sobre o fogo, a água fervia e o vapor que saia pelos caninhos fazia com que a esfera rodasse.

Page 5: Máquinas térmicas

Revolução Industrial

Século XVIII Conjunto de mudanças tecnológicas

com profundo impacto no processo produtivo.

Melhoria da Máquina a Vapor pelo físico escocês James Watt para ser usada em bombas d’água das minas de carvão.

Depois passou a ser utilizada em locomotivas e barcos a vapor.

Page 6: Máquinas térmicas

Máquina a vapor

Page 7: Máquinas térmicas

Máquina a Vapor

Page 8: Máquinas térmicas

Turbina a Vapor

Funciona de forma semelhante à máquina de Heron (eolípia).

Usada em usinas de para a produção de energia elétrica.

Energia Interna do combustível

Energia mecânica (movimento da hélice da turbina)Combustão do

combustível

Page 9: Máquinas térmicas

Funcionamento da Turbina a vapor

Funciona em ciclos (etapas que se repetem).

Diagrama PxV (relaciona os valores da pressão e do volume do gás durante as transformações)

V

P

Page 10: Máquinas térmicas

Turbina a vapor

Page 11: Máquinas térmicas

1-Caldeira A água se vaporiza

sob pressão constante, aumentando o seu volume (transformação isobárica).

Diagrama PxV – trecho AB

Page 12: Máquinas térmicas

2-Turbina

O vapor se expande e realiza trabalho, fazendo as hélices girarem.

As hélices e o vapor estão na mesma temperatura e a transformação é rápida, não ocorrendo trocas de calor (expansão adiabática). P diminui e V aumenta. Trecho BC.

Page 13: Máquinas térmicas

3-Condensador O vapor passa

para o estado líquido (se condensa), perdendo calor.

O volume diminui e a pressão permanece constante (contração isobárica). Trecho CD

Page 14: Máquinas térmicas

4-Bomba

Comprime a água, aumentando sua pressão até se igualar à pressão da caldeira.

A água é praticamente incompressível, este processo é considerado isométrico (volume constante). Trecho DA

Page 15: Máquinas térmicas

Ciclo Completo

A energia da queima do combustível é usada para variar a energia interna da água e do vapor e também para realizar trabalho, ao girar o eixo da turbina.

Page 16: Máquinas térmicas

Motor de Automóvel

Motor de combustão interna. Motor de 4 tempos. Ciclo de Otto. O principio básico →colocar uma

pequena quantidade de combustível e queimá-lo, gerando uma quantidade enorme de energia em forma de calor e de gases em violenta expansão.

Page 17: Máquinas térmicas

Componentes

Page 18: Máquinas térmicas

1º tempo: Admissão O virabrequim gira, o

pistão desce no cilindro, abrindo a válvula de admissão e injetando uma mistura de combustível e ar.

Enquanto o volume do gás aumenta, a pressão fica praticamente constante: transformação isobárica. AB

Page 19: Máquinas térmicas

2º tempo: compressão O pistão sobe,

comprimindo a mistura.

O volume diminui, enquanto a temperatura e a pressão aumentam. Processo rápido, sem troca de calor (compressão adiabática) BC

Page 20: Máquinas térmicas

3º tempo: Explosão Quando ocorre a máxima

compressão, uma centelha elétrica na vela de ignição provoca uma explosão que causa um aumento de temperatura. Nos gases resultantes há um aumento de pressão, resultando na expansão da mistura gasosa.

Inicialmente o volume do gás fica constante, depois ocorre um rápido aumento na temperatura e pressão (transformação isovolumétrica CD), seguida de um aumento do volume, com diminuição da pressão e temperatura (transformação adiabática DE).

Page 21: Máquinas térmicas

4º tempo: Escape O pistão sobe

empurrando os gases que saem pela válvula de escape, que se abre. Assim os gases são liberados para o ambiente.

Válvula de escape aberta. O volume da parte ocupada pelo cilindro permanece constante e a pressão diminui (EB). Depois a pressão permanece constante enquanto o volume diminui (BA).

Page 22: Máquinas térmicas

Ciclo Completo (ciclo de Otto) O diagrama PxV é uma representação

teórica de um ciclo ideal, já que durante o funcionamento de um cilindro os processos não ocorrem de forma perfeita.

Page 23: Máquinas térmicas

Cilindradas

A “cilindrada” dos motores é a soma dos volumes deslocados pelos pistões.

Ex.: Os carros com motor 1.0 indicam que a soma dos volumes deslocados corresponde a 1 litro.

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Válvulas

• Geralmente, cada um dos 4 cilindros de um motor tem 2 válvulas (admissão e exaustão) daí 4x2= 8 válvulas.

• A fim de se conseguir maior eficiência, pode-se colocar mais uma de cada (2 de admissão e 2 de exaustão). Daí 4x4=16 válvulas.

• Ex.: Motor 2.0-16v: 4 válvulas em cada cabeçote de cilindro e seus 4 cilindros deslocam um volume total de 2 litros.