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CFP “ALOYSIO RIBEIRO DE ALMEIDA”
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1. INTRODUÇÃO
O trabalho justifica-se pela importância em se estudar as máquinas térmicas, abordando seus principais conceitos e aplicações no mercado. A partir do trabalho, foi possível analisar os diversos ciclos térmicos, destacando suas principais funções e importância. Foi possível concluir também os princípios das leis termodinâmicas, abordando suas propriedades e conceitos. O objetivo principal do trabalho é abordar temas muito estudados atualmente, tais como:
- Ciclo Otto;
- Ciclo Diesel;
- Ciclo Carnot;
- Motores de Refrigeração Industrial;
- Trabalho e Calor;
- Entropia;
- Entalpia;
- 1ª e 2ª Lei Termodinâmica;
- Relações Termodinâmicas. Para a produção do trabalho, foi necessário a realização de pesquisas através de sites na internet, e estudos de seminários já apresentados por outros alunos, aplicados em estudar os mesmos conceitos citados acima.
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2. CICLO OTTO
Foi introduzido por Beau de Rochas, e aprimorado posteriormente por Nikolaus Otto, Étienne Lenoir, Rudolf Diesel. É utilizado em grande parte dos automóveis de passeio. Este ciclo permite a construção de motores menos poluentes se comparados aos demais motores, e mais eficientes. Nesse ciclo, certo tipo de gás exerce transformações termodinâmicas, o que resulta no trabalho da máquina. O Ciclo Otto é conhecido por operar de modo quatro tempos, são eles:
- Admissão: é a mistura do ar com o combustível. Após a descida do pistão, a válvula é aberta, o que possibilita a entrada da mistura.
- Compressão: as válvulas se fecham, o pistão sobe, fazendo com que a mistura de combustível e ar fique comprimida.
- Explosão: ocorre após o pistão obter seu ponto máximo de compressão. Sendo assim, ocorre a explosão do combustível, empurrando o pistão para baixo.
- Exaustão: a válvula de escape se abre o que possibilita a expulsão dos gases, dando início ao ciclo novamente. O Ciclo Otto pode também operar de modo dois tempos, porém, não é muito indicado por emitir um nível significante de poluentes, e operar em um tempo reduzido. No modo quatro tempos, suas aplicações ocorrem em veículos de passeio, embarcações pequenas, pequenos aviões, alguns veículos de carga. Já no modo dois tempos, suas aplicações são em motocicletas, pequenas bombas, cortadores de grama, dentre outros.
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4. CICLO CARNOT
Foi desenvolvido no ano de 1824 pelo engenheiro Nicolas Carnot. Sua teoria baseava-se em comprovar que não seria possível a construção de máquinas com rendimento 100%, capaz de transformar toda a energia em trabalho. O rendimento obtido pela máquina Carnot se dá através da seguinte fórmula:
sendo ,Tf a temperatura da fonte fria, e Tq a temperatura da fonte quente. Uma das principais funções do ciclo Carnot é identificar se a máquina possui um bom rendimento, indicando se seu custo será viável ou não em uma indústria. Nesse ciclo, os calores trocados entre a fonte fria e quente são proporcionais à suas temperaturas, ou seja,
sendo, Q2 a energia dissipada; Q1 a energia útil; T2 a temperatura da fonte fria; T1 a temperatura da fonte quente. O ciclo Carnot é composto por quatro fases:
- (^) Compressão Isotérmica: no decorrer da fase o pistão esfria-se, permitindo que uma massa se introduza no cilindro, e posteriormente, que a massa seja comprimida pelo pistão.
- Compressão Adiabática: a compressão ocorre de forma rápida, não havendo troca de calor entre o gás e o cilindro.
- (^) Expansão Isotérmica: o cilindro que já estava esfriando, faz com que sua temperatura torne-se constante.
- Expansão Adiabática: o reaquecimento do cilindro é cessado, não havendo troca de calor. Tal ciclo é aplicado em frigoríficos, geladeiras, dentre outros.
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5. MOTORES DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
A refrigeração industrial surgiu devido aos avanços tecnológicos, onde as indústrias precisavam obter uma nova forma de aumentar sua produtividade, qualidade e sua competitividade no mercado mundial. O ciclo de refrigeração industrial é classificado em quatro tipos:
- Ciclo de Compressão de Vapor: Foi definido por Lord Kelvin, sendo o modo mais utilizado. Nessa fase, o vapor entra no compressor, é comprimido e sai do compressor superaquecido. Através do condensador, o vapor se desloca, transformando-se em um líquido, obtendo temperatura e pressão constantes. O líquido passa então por uma válvula de expansão, causando sua evaporação parcial, resultando em uma mistura de líquido e vapor. Essa mistura atravessa a serpentina do evaporador, fazendo com que ela evapore completamente.
- Ciclo de Absorção de Vapor: Esse ciclo é marcado pela perda de sua importância devido a seu baixo índice de desempenho. Normalmente é utilizado onde há desperdício de calor. É utilizado um fluído refrigerante e um absorvente. O fluído refrigerante mais utilizado é a amônia, já o absorvente é a água.
- Ciclo de Gás: Nesse ciclo é utilizado um gás (geralmente esse gás é o ar) que passa a ser comprimido e expandido durante seu processo. Por possuir uma baixa em eficiência e maior volume, esse ciclo é geralmente aplicado em aviões comerciais a jato.
- Ciclo Stirling: É um ciclo pouco utilizado, porém sua eficiência aplica-se em todas as temperaturas, utilizando o mesmo tipo de fluído. É considerado como o único ciclo adequado às temperaturas relativamente baixas. Normalmente aplicam-se em freezers (refrigeração doméstica); refrigeradores de grande porte, como os utilizados em restaurantes, sorveterias (refrigeração comercial); máquinas de empacotamentos (refrigeração industrial); refrigeradores para transporte, embarcações (refrigeração para transporte); dentre outros.
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A entropia foi criada a fim de medir o grau de desordem de certo sistema. É representada pela letra “S”. Sua relação é dada como: quanto maior for a desordem do sistema, maior será a entropia do mesmo. A entropia depende somente dos estados inicial e final do sistema. Sua principal função é mensurar a parcela de energia que não pode ser transformada em trabalho, e também, saber como a matéria e a energia estão distribuídas e armazenadas nos sistemas. A entropia é nula, quando em um sistema, a temperatura absoluta também é nula, caso contrário, a entropia deve ser sempre diferente de zero. A variação da entropia é dada através da fórmula:
∆S = S (^) produtos – S (^) reagentes Podemos concluir que:
- Quando um sistema recebe calor, sua entropia aumenta;
- Quando um sistema cede calor, sua entropia diminui;
- Quando não há troca de calor no sistema, a entropia permanece constante. Dois conceitos básicos auxiliam a examinar se a entropia aumenta ou diminui nas transformações:
- Observar quando os estados físicos tanto de reagente, quanto de produtos forem iguais. Isso pode ser feito analisando a quantidade de matéria em mols de reagentes e produtos utilizados na transformação.
- Analisar os estados físicos dos reagentes e produtos.
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8. ENTALPIA
A entalpia é uma grandeza utilizada para obter a energia total de um sistema, medida a uma pressão constante. É medida através de sua variação, através da seguinte fórmula: H = U + PV Onde, U representa a energia interna do sistema, e PV representa o produto da pressão pelo volume. Em pressões constantes, as variações de entalpia estão diretamente relacionadas às energias recebidas em forma de calor. As variações também estão associadas nas diferenças de entalpia entre reagentes e produtos, dependendo da temperatura, estado físico, pressão, número de mols, etc. Com a finalidade de obter a entalpia de reações, foi criada uma fórmula padrão, denominada entalpia-padrão, fazendo com que as entalpias sejam calculadas levando em consideração as mesmas condições. Existem vários tipos de entalpias, são elas:
- Entalpia de Formação;
- Entalpia de Neutralização;
- Entalpia de Dissolução;
- Entalpia de Combustão;
- Entalpia de Solidificação;
- Entalpia de Condensação;
- Entalpia de Fusão;
- Entalpia de Vaporização.
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- 1ª e 2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Foi desenvolvida por diversos físicos, dentre eles, Helmholtz, Joule, Meyer. Mas somente por volta do ano de 1790, Clausius e Thomson, escreveram os princípios fundamentais da lei termodinâmica.
sistemas de combustão, bombas, compressores, etc.) e também na área biomédica ( órgãos artificiais, etc.). Normalmente é utilizada em sistemas que englobam uma única espécie química (um exemplo é a água), ou uma mistura (um exemplo é o ar). É composto pelos princípios termodinâmicos principais, são eles:
- Princípio da Lei Zero: Está diretamente relacionado com a definição de temperatura.
- Princípio da 1ª Lei Termodinâmica: Relaciona-se à conservação de energia.
- Princípio da 2ª Lei Termodinâmica: Disponibiliza regras para conversão de energia em trabalho e define o conceito de entropia.
- Princípio da 3ª Lei Termodinâmica: Relaciona-se às limitações em se obter o zero absoluto de temperatura. As relações termodinâmicas englobam propriedades de extrema importância, exemplos:
- Pressão;
- Temperatura;
- Energia;
- Calor;
- Trabalho;
- Entalpia;
- Propriedades de uma substância pura, etc.
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11. CONCLUSÃO
O trabalho nos deu uma noção de uma disciplina muito estudada nos dias de hoje, máquinas térmicas. Como sabido, as Máquinas Térmicas variam sua temperatura de acordo com seu trabalho, elas absorvem calor de uma determinada fonte quente, transferindo a mesma para uma determinada fonte fria.
A energia que as máquinas térmicas utilizam é o calor. Seu trabalho acontece por meio de ciclos, e pode ser encontrado através da seguinte fórmula:
onde Wt é o trabalho total; Q2 é o calor cedido pela fonte quente; Q1 é o calor cedido pela fonte fria. É importante enfatizar que a máquina térmica nunca transforma todo o calor em trabalho, ou seja, seu rendimento (eficiência) nunca será 100%. A fórmula utilizada para obter o rendimento da máquina térmica é a seguinte:
As máquinas térmicas mais conhecidas são: refrigeradores, ar condicionado, motocicleta, automóveis, máquinas a vapor, dentre outros. Destacamos também a importância e aplicações dos ciclos Otto, Carnot, Diesel e Motores de refrigeração. Abordamos também assuntos, tais como, relações termodinâmicas, analisando seus conceitos e princípios básicos.
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12. AUTOAVALIAÇÃO
O trabalho foi de extrema importância para aumentar meus conhecimentos sobre um assunto muito abordado no curso realizado Técnico em Mecânica. Os assuntos fazem
Disponível em Acesso em 11 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 11 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 12 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 12 de março de
Disponível em Acesso em 13 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 13 de março de
Disponível em Acesso em 13 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 14 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 14 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 15 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 15 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 16 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 16 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 16 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 18 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 18 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 18 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 19 de março de 2013.
Disponível em Acesso em 19 de março de 2013.
CHAVES, Júlio César: “Motores de Combustão Interna”, Salvador, 2003.
LEMES, Pablo Henrique: “Ciclos Térmicos”, Curitiba, 2010.
PAIVA, Adriano de Aquino “Sistemas Mecânicos- Refrigeração Industrial”, Mogi Mirim,
