Máquinas térmicas

Máquinas e aparelhos Aparelhos resistivos, forno de microondas Energia química ou energia elétrica Liquidificador, ventilador

AQUECIMENTO O aumento da energia térmica é parte dos processos de transformação de energia

Funcionamento em função do aproveitamento dos processos térmicos que utilizam para realizar as transformações de energia

Sistema de controle Sistema de Transmissão Sistema de propulsão

Propulsão Máquina de escrever: elétrica ou muscular Bicicleta: muscular Máquinas e veículos: motores

MÁQUINA TÉRMICA Transforma a energia interna do combustível em energia mecânica Energia do combustível Energia térmica de um gás (combustão) Expansão (realização de trabalho)

A PRODUÇÃO DE MOVIMENTO NAS MÁQUINAS TÉRMICAS

Motores de automóveis, ônibus, caminhões Exemplos de máquinas térmicas Motor Câmaras de combustão, onde estão os cilindros, nos quais se movem os pistões A biela transforma o vaivém dos pistões em movimento do virabrequim Virabrequim, através de uma biela Virabrequim, conectado ao sistema de transmissão do carro

Diferença entre motores Quantidade de cilindros Ciclo de funcionamento (dois ou quatro tempos)

Cada pistão trabalha num ciclo e se constitui uma máquina térmica COMO É PRODUZIDO O MOVIMENTO?

Motores a quatro tempos

O movimento começa pela queima de combustível na câmara de combustão

A válvula de admissão se abre, e uma mistura de ar e combustível, entra no cilindro Com o movimento de subida do pistão a mistura é comprimida Máxima compressão, a vela de ignição solta uma faísca, que explode o combustível e joga o pistão para baixo

ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS Abertura da válvula de admissão: enquanto o volume do gás aumenta, a pressão fica praticamente constante Processo isobárico

ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS Enquanto o volume diminui, a pressão e a temperatura aumentam O trabalho do pistão é convertido em energia interna da mistura Como o processo é muito rápido, não há trocas de calor com o ambiente Processo adiabático

ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS O volume fica praticamente constante, e ocorre um grande aumento da temperatura e da pressão (C



D) Enquanto o volume aumenta, a pressão e a temperatura, do gás, diminuem (D



E) Processos: Isométrico + adiabático

ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS O volume permanece o mesmo e a pressão diminui . Descompressão isométrica Enquanto o volume diminui, a pressão fica praticamente constante Processos: Isométrico + isobárico

CICLO COMPLETO No ciclo completo, a energia do combustível só é transformada em trabalho no 3º tempo (empurram o pistão) Outros tempo: inércia Parte do calor de combustão é eliminada como energia interna (



U) dos gases resultantes da combustão Outra parte aquece as peças do motor, trocando calor com o ambiente A parcela restante do calor de combustão se refere a energia de movimento

BALANÇO ENERGÉTICO

Q

 

U



T

A quantidade de calor (Q) fornecida ao sistema pelo combustível aumenta sua energia interna e realiza trabalho Primeira Lei da Termodinâmica

ETAPAS DO MOTOR A DOIS TEMPOS 1º tempo: compressão da mistura já no cilindro, aumento do volume do cárter e diminuição da pressão; combustão através de centelha; 2º tempo: o pistão é empurrado, descobrindo o orifício de exaustão; a admissão é interrompida e libera se uma terceira abertura

OS REFRIGERADORES COMO MÁQUINAS TÉRMICAS A geladeira funciona em ciclos, utilizando um fluído (freon) em um circuito fechado 1- compressor 2- radiador 3 válvula 4- congelador (evaporador) Bomba de calor: transferindo-o para o ambiente Processo não espontâneo

1- compressor ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA Compressão rápida do freon (adiabática); aumento da temperatura e pressão Como não há trocas de calor (Q=0), o trabalho realizado pelo compressor é equivalente a variação da energia interna da substância

2- radiador ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA Ao passar por uma serpentina, o freon perde calor, para o exterior, liquefazendo-se Inicialmente ocorre uma diminuição de temperatura à pressão constante (2



3) Seguida de uma diminuição isobárica e isotérmica do volume (3



4)

3 ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA válvula descompressora Ao sair do condensador, o freon liquefeito ainda a alta pressão chega a um estreitamento da tubulação (tubo capilar), onde ocorre uma diminuição da pressão Descompressão adiabática A pressão diminui e o volume aumenta

4- Congelador ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA O freon líquido e à baixa pressão chega à serpentina do evaporador (diâmetro maior) Ele se vaporiza, retirando calor do interior do congelador Troca calor com o interior da geladeira a pressão e temperatura constantes, à medida que se expande

O trabalho externo do compressor é que faz com que o calor seja retirado do interior da geladeira

A quantidade de calor cedida para o ambiente (condensador) é igual a quantidade de calor retirada do interior da geladeira mais o trabalho realizado pelo compressor

Q congelador



T



Q radiador