ATPS Termodinâmica - Engenharia Mecânica

8/10/2019 ATPS Termodinmica - Engenharia Mecnica

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ENGENHARIA MECNICA

DIEGO ROBERTO DE CARAVALHO RA: 5212967599 5 fase

JEER!ON L"I! DO! !ANTO! RA: #7$959%79% 6 fase

CHARLE! ROBERTO BERG RA: #7$96##5$6 6 fase

&EDRO ROGERIO BRITO LOBO RA 5295126%$2 5 fase

ALE!OM DO"GLA! 'DEB!(I RA 5212967$$6 5 fase

ABIO ALVINO DE REITA! RA 567$1#%277 5 fase

&ROE!!OR: J"!CELINO !HIND!I !A(AI

DI!CI&LINA:

TERMODINMICA A&LICADA

JARAG"A DO !"L

2014


2/31

ndice

Introduo..............................................................................................................................03

Desafo eObjetivo............................................................................................................

......04ETAPA

1..................................................................................................................................05

ETAPA1.......................................................................................................................

...........06ETAPA

1..................................................................................................................................0

ETAPA1..................................................................................................................................0!

ETAPA".......................................................................................................................

...........0#ETAPA

"..................................................................................................................................10

ETAPA".......................................................................................................................

...........11

ETAPA".......................................................................................................................

...........1"ETAPA

"..................................................................................................................................13

ETAPA".......................................................................................................................

...........14ETAPA

3.......................................................................................................................

...........15ETAPA3.......................................................................................................................

...........16ETAPA

3..................................................................................................................................1 ETAPA

3..................................................................................................................................1! ETAPA

3..................................................................................................................................1#

ETAPA

3.................................................................................................................................."0


3/31

ETAPA3.......................................................................................................................

..........."1ETAPA

4..................................................................................................................................""

ETAPA4.......................................................................................................................

..........."3ETAPA

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..........."5ETAPA

4.......................................................................................................................

..........."6ETAPA4.......................................................................................................................

..........."$ib%io&rafa.......................................................................................................

......................15

Introduo

Seguindo nas definies e conceitos fundamentais da termodinmica,

desenvolvemos as etapas desta atividade prtica voltado ao estudo do funcionamento domotor de um veculo a partir dos seus processos termodinmicos.


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Desaf)*

Muinas !"rmicas s#o utili$adas para reali$ar tra%al&o ao rece%erem calor '

por e(emplo, tur%inas e motores. )s motores de autom*veis s#o os mais con&ecidos e

estudados uando se trata de ciclos termodinmicos. +sses motores de e(plos#o s#o

compostos %asicamente de um cilindro, vlvula de admiss#o, vlvula de escape e uma


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vela de igni#o e, como outras muinas t"rmicas, operam de forma cclica, voltando ao

seu estado inicial antes de iniciar outro ciclo.

O+,e-).* /* /esaf)*) desafio " promover o estudo do funcionamento do motor de um veculo. +ste

desafio " importante para ue o aluno aduira uma s*lida %ase conceitual dos processos

termodinmicos, capacitandoo a aplicar a teoria estudada em sala de aula para o

desenvolvimento de ualuer outro pro-eto relacionado ao mesmo assunto.

ETAPA 1

A0a-e3a: efini#o e /onceitos undamentais. Su%stncias uras e

ropriedades.

&ass* 1


6/31

&es40)sa e3 ).*s /a ea a /ef))8* /a aa.a -e3*/);3))


7/31

Gosep& NlacO1I2L1I5 fluido impondervel c&amado Dcal*ricoE, calor latente!W, e ;!X.

6 escalaFahrenheitfoi utili$ada principalmente pelos pases ue foram

coloni$ados pelos %ritnicos, mas seu uso atualmente se restringe a poucos pases de

lngua inglesa, como os +stados Cnidos ) Oelvin sm%olo8 Y5 " o nome da unidade de

%ase do Sistema >nternacional de Cnidades S>5 para a grande$a temperatura

termodinmica. ) Oelvin " a fra#o1

273,16 da temperatura termodinmica do ponto

triplo da gua.

&ass*

C*3aa *


10/31

&ass* 1

&es40)sa e3 ).*s /a ea a &)3e)a Le) /a Te3*/);3)sot"rmica \C Z 05 o sistema

utili$ou toda a energia em forma de tra%al&o. K" 6ssim temos enunciada a

primeira lei da termodinmica8 a varia#o de energia interna \C de um sistema " igual a

diferena entre o calor trocado com o meio e(terno e o tra%al&o por ele reali$ado

durante uma transforma#o. 6plicando a lei de conserva#o da energia, temos seguinte

eua#o8

E40a8*: K" F K"

Buantidade de calor trocado com o meio8 P $Q o sistema rece%e calor)

H Z . S

H Z 00.0,0245.10000

H Z 120(10G

+cin Zm.v

2

+cin Z500 .22 ,22

2

+cin Z ,.10

+cin perdida Z +cin ? H

+perdida Z ,(10 120(10

+perdida Z KKK( 106


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6C!)MW+: 7;6+

H Z . S

H Z 2000.0,0245.10000

H Z 4L0(10G

+cin Zm.v

2

+cin Z2000 .22 ,22

2

+cin Z 22,22.10

+cin perdida Z +cin ? H

+perdida Z 22,22(10 4L0(10

+perdida Z 4I,IL(10

ETAPA 3

A0a-e3a: Segunda :ei da !ermodinmica

&ass*1

1 &es40)sa e3 ).*s /a ea *s /).es*s e00/a Le)

/a Te3*/);3)


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DX impossvel remover energia t"rmica de um sistema a uma certa temperatura e

converter essa energia integralmente em tra%al&o mecnico sem ue &a-a uma

modifica#o no sistema ou em suas vi$in&anas.E +nunciado de Yelvin5.

D#o & nen&um processo onde o nico efeito de energia t"rmica se-a o detransferir energia de um corpo frio para outro uente.E +nunciado de /lausius5.

DX impossvel ue uma muina t"rmica, operando em ciclos, ten&a como nico

efeito a e(tra#o de calor de um reservat*rio e a e(ecu#o de tra%al&o integral dessa

uantidade de energia.E +nunciado de YelvinlancO5.

2 Reese-a * /)a>a3a /e C)


18/31

X um ciclo te*rico constitudo por duas transformaes isot"rmicas nastemperaturas !1 e !2, respectivamente das fontes uente e fria, alternadas com duas

transformaes adia%ticas.

AB8 e(pans#o isot"rmica Q temperatura !1 fonte uente5. esta transforma#o o gs

rece%e a uantidade de calor B1.

BC8 " a e(pans#o adia%tica, na ual a temperatura diminui para !2 /8 compress#oisot"rmica Q temperatura !2 fonte fria5. esta transforma#o o gs cede a uantidade

de calor B2DA8 compress#o adia%tica na ual a temperatura aumenta para !1. ) tra%al&o o%tido

por ciclo corresponde Q rea interna dele.

&ass* 2

E)0/a Le) /a Te3*/);3)


19/31

1P Admisso8 ) pist#o desce enuanto aspira uma mistura gasosa de ar e com%ustvel

ue pode ser gasolina, gs ou lcool, ue entra no cilindro atrav"s da vlvula de

admiss#o os motores a diesel admitem apenas ar5. urante esse tempo a vlvula de

escape permanece fec&ada para ue a mistura n#o saia. 6 press#o m(ima atingida "

menor ue 1 atmosfera, mantendose constante processo iso%rico5 e a temperatura fica

entre J40 e 400Y.

2P Compresso8 6 vlvula de admiss#o se fec&a enuanto o pist#o se move para cima,

devido a in"rcia do vira%reuim, comprimindo a mistura gasosa. esse tempo, al"m do

aumento de press#o ue fica entre L e 1 atm., & um aumento de temperatura ue fica

entre K00 e I0Y, por"m " um processo adia%tico, pois n#o & transfer3ncia de calor

nem para fora nem para dentro da mistura.

JP Exploso e Expanso8 Buando ocorre a m(ima compress#o uma centel&a el"trica

na vela de igni#o provoca uma e(plos#o ue causa um aumento de temperatura, de

2J00 a 2I00Y, nos gases resultantes e um aumento de press#o ue fica entre J0 e 0

atm, no interior do cilindro, resultando na e(pans#o da mistura gasosa. !am%"m " um

processo adia%tico.

4P Escapamento8 o final da e(pans#o a temperatura fica na fai(a de 00 a 1100 Y e apress#o fica na fai(a de 4 a K atm. 6%rese ent#o a vlvula de escape e praticamente sem

variar o volume, o gs ue se encontra no interior do cilindro escapa para a atmosfera,

redu$indose a press#o a 1 atm. 6 seguir, ainda com a vlvula a%erta, o pist#o so%e,

retomando o volume mnimo, e(pulsando uase todo o gs restante para a atmosfera.

6ssim se completou o ciclo, pois o volume e a press#o no interior do cilindro voltaram

aos seus valores no incio. +nt#o, a vlvula de admiss#o novamente se a%re, reiniciando

se um novo ciclo.

Cm %om desempen&o do motor se deve, entre outras coisas, ao instante em ue a

fasca " solta8 o pist#o deve estar em fase de compress#o e pr*(imo Q posi#o de menor

volume do cilindro, pois, nessa situa#o, o aproveitamento da energia li%erada na

e(plos#o, para a reali$a#o de tra%al&o, " m(imo. esse caso, di$se ue o motor est

Dno pontoE.

um motor adiantado, a fasca provoca a e(plos#o da mistura de ar e

com%ustvel antes do DpontoE. esse modo, o movimento de su%ida do pist#o "


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parcialmente freado, resultando numa perda de pot3ncia. um Dmotor atrasadoE, a

fasca provoca a e(plos#o ap*s o ponto de maior compress#o. esse caso, parte do calor

ue seria utili$ado para reali$ar tra%al&o " DperdidaE, uma ve$ ue na descida do pist#o

- ocorre o escape dos gases produ$idos na com%ust#o, o ue resulta tam%"m numa

perda de pot3ncia.

&ass* #

E-e.)s-a 03 3e


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+ntre o lcool e a gasolina, a diferena " peuena8 6m%os tra%al&am no ciclo

)tto e as diferenas %sicas s#o a ta(a de compress#o e a uantidade de com%ustvel

in-etada. 6 e(plos#o e provocada por fasca da vela. !em car%uradores ou in-e#o

eletrnica para in-etar com%ustvel. ) lcool " mais %arato, mas consome mais ue a

gasolina, ue " mais cara5. G o motor iesel, tra%al&a so% o ciclo diesel. 7eralmente

n#o tem velas e a e(plos#o " por compress#o, por isso necessitam de ta(as de

compress#o %em mais altas, e por isso costumam ser %em maiores e mais pesados. !em

%icos in-etores para in-etar com%ustveis. mais %arato ue a gasolina e consome menos5

5 0a * ea8* a a e a >0aY

;efrigera#o a 6r, uma grande ventoin&a, acionada pela rota#o do motor,

mant"m o ar em circula#o atrav"s das aletas. 6s motos e tam%"m alguns autom*veis

n#o possuem ventoin&a, os motores s#o e(ternos e dispem de aletas ue aumentam a

superfcie de troca de calor. ;efrigera#o a Rgua, o %loco " permeado por canais. 6

gua retirada da parte inferior do radiador, " %om%eada para dentro do %loco, onde

circula ao redor de cilindros e atrav"s da -unta do ca%eote, passando ao lado dascmaras de com%ust#o. +sse sistema possui uma vlvula termosttica, ue se mantem

fec&ada enuanto o motor esta frio e ue se a%re uando a gua atinge uma

determinada temperatura, dei(andoa a fluir atrav"s uma mangueira ue a leva de volta

Q parte superior do radiador.

7 0a a f08* /*


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%. 0a a f08* /* 3*-* /e aa40eY

ar um impulso ue vence a in"rcia do motor dando inicio ao ciclo.

&ass*

&es40)sa *s -)*s /e -0+*


23/31

compressor inclui um par de rotores radiais, ligados num s* ei(o, ue funcionam como

tur%ina e compressor.

) tur%ocompressor fica ligado ao coletor de escape de um motor a e(plos#o ou

motor a com%ust#o interna5, e aproveita a energia dos gases de escape gerados no motorpara girar uma tur%ina conectada por meio de um ei(o comum a um rotor o ual tem a

fun#o de %om%ear ar para os cilindros. +sse rotor " um compressor centrfugo,

responsvel por capturar o ar atmosf"rico e comprimilo na entrada da admiss#o ou do

coletor de admiss#o do motor atrav"s de mangueiras ou tu%ulaes de alta press#o.

) tur%ocompressor pode ser8 de flu(o a(ial, radial e de gs de escape.

!ur%ocompressores de flu(o a(ial s#o definidos pela maneira na ual o com%ustvel

flui atrav"s da tur%ina. /om tur%ocompressores de flu(o a(ial do flu(o de com%ustvel

vem atrav"s da roda em uma dire#o a(ial. /om este tipo de dispositivo de

so%realimenta#o, e(pans#o do gs de escape cria uma sada o a-uda a tur%ina para girar

o compressor. /omo o taman&o do veculo " importante na determina#o do tur%o

compressor correto do veculo, " importante considerar ue os tur%ocompressores de

flu(o a(ial s#o mais comumente usados com veculos com um dimetro de roda de J00

mm e acima e n#o seria adeuados para veculos menores.

!ur%ocompressor de flu(o radial. /om uma va$#o de gs ue usa os mesmos

princpios como o !ur%o de flu(o a(ial, o !ur%o de flu(o radial " diferenciado pela

estrutura de influ(o de gs e(clusivo. ) influ(o de gs centrpeto " dirigido de fora em

uma dire#o radial e define este !ur%o para al"m do modelo de flu(o a(ial. 7eralmente

utili$ada em veculos com uma rodas de dimetro inferior ou igual a 1K0 mm, este tipo

de dispositivo de so%realimenta#o pode aumentar o poder de um veculo de at" nTa

cavalos de pot3ncia.

!ur%ocompressor de gs de escape. )s %enefcios de tur%ocompressores s#o

muitos, de aumento de velocidade, pot3ncia e funcionalidade de motor, mas &

%enefcios am%ientais, tam%"m, como o consumo de gs diminuiu. !ur%ocompressores

de gs de escape t3m outra vantagem. /om carregadores de tur%o de gs de escape, os

gases de escape do veculo " reciclado no compressor para fornecer energia para a

tur%ina. ara fa$er isso, um compressor " montado ao lado da tur%ina do mesmo ei(o. 6

tur%ina desen&a nos gases de escape, ue caso contrrio iria para a atmosfera, comprime


24/31


25/31

2Z Te3*

este tempo o tra%al&o do pist#o so%re a mistura dos fluidos " completamentetransformado em energia interna, onde & press#o e temperatura elevadas. +sta condi#o

produ$ uma compress#o adia%tica, pois o processo " muito rpido e n#o & trocas de

calor. ) volume diminui a medida ue a press#o e a temperatura aumentam N/5.

#Z Te3*

este trec&o ocorre uma e(plos#o e conseuentemente o aumento da temperatura e

press#o /5, mas n#o uma varia#o de volumemovimento do pist#o5, - ue a rea#o

umica " muito rpida. a outra parte da e(plos#o +5 ocorre uma e(pans#o adia%tica

devido ao pist#o ser empurrado rapidamente com a fora da e(plos#o n#o dando tempo a

trocas de calor. +ste impulso conce%ido pela e(plos#o no em%olo do pist#o " a fora

aproveitada para gerar o torue no vira%reuim.


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6 seguir o grfico representa o /iclo de )tto >deal da com%ust#o completa damistura arTcom%ustvel.

Z Te3*

esta etapa ocorre uma descompress#o considerada isom"trica +N5, pois uma

varia#o da press#o e da massa da mistura n#o permite tempo para uma mudana nocurso do pist#o.

o trec&o N65 a massa do gs no interior do cilindro diminui na mesmapropor#o ue o volume n#o ocorrendo uma varia#o da press#o processo iso%rico5.


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AB )corre uma e(pans#o iso%rica, em ue o taman&o do volume da

mistura acompan&a o deslocamento do pist#o.

BC 9aver uma compress#o adia%tica da mistura, ou se-a, a medida ue o

volume diminui e conseuentemente a press#o e a temperatura aumentam. +ste processo

" muito rpido n#o permitindo trocas de calor.

CD este processo o%servamos um grande aumento da press#o e da

temperatura, mas o volume permanece constante considerando o processo

isovolum"trico devido a rea#o umica do arTcom%ustvel ser muito rpida.

DE )corre a e(plos#o fa$endo com ue o cilindro se-a impulsionado

diminuindo a press#o devido ao aumento do volume, portanto consideramos uma

e(pans#o adia%tica.

EB 6 massa da mistura e uma varia#o da press#o n#o dei(a ocorrer uma

varia#o do volume no interior do cilindro, por tanto consideramos um processo

isom"trico.

BA 6 uantidade de gs da mistura " comprimida e eliminada do interior do

cilindro na mesma propor#o da velocidade do cilindro por isso o processo "

considerado iso%rico.

&ass* 2 M*s-a 40e * e/)3e-* /*


28/31


29/31

&ass* 1. Ea+*a 03 ea-?)* )-)-0a/* A)e/a/a

A)


30/31

: +ode'os i'a&inar e )riar u'a ideia de )o'o *oi se

desenvo%vendo este estudo e tornando )ada ve 'ais *)i% a

vida das +essoas. Pode'os )on)i%iar a ter'odin('i)a

*a)i%'ente a a+%i)ao do estudo ao +ro)esso de )o'busto

de u' auto'7ve% +ois / u'a &rande %iberao de )a%or e

ener&ia ener&ia t2r'i)a -ue 2 a+roveitada +ara rea%iar o

traba%/o 'e)(ni)o.

BIBLIOGRAIA

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