1. INTRODUÇÃO

A descoberta de meios para utilização de fontes de energia diferentes da que os animais forneciam foi o que determinou a possibilidade da revolução industrial. A energia pode se apresentar na natureza sob diversas formas, mas, exceto no caso da energia hidráulica e dos ventos, deve ser transformada em trabalho mecânico por meio de máquinas, para ser utilizada pelo homem. A termodinâmica nasceu justamente dessa necessidade, e foi o estudo de máquinas térmicas que desenvolveu seus princípios básicos.

Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele.

As máquinas térmicas ou equipamentos termodinâmicos tem seu funcionamento baseado no princípio de que o calor é uma fonte de energia e, portanto pode ser utilizado para produzir trabalho, e seu funcionamento obedece às leis da termodinâmica.

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2. USINA TERMELÉTRICA OU CENTRAL TERMELÉTRICA

As Usinas termelétricas são instalações que produzem energia elétrica através da queima de combustíveis fósseis ou urânio. Quando o urânio é utilizado como combustível as usinas são chamadas de usinas nucleares.

O funcionamento de todas as centrais termelétricas é semelhante, independentemente do combustível utilizado. O combustível é armazenado em parques ou depósitos adjacentes, de onde é enviado para a usina, onde será queimado na caldeira. Esta gera vapor a partir da água que circula por uma extensa rede de tubos que revestem suas paredes. A função do vapor é movimentar as pás de uma turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo de um gerador que produz a energia elétrica. Essa energia é transportada por linhas de alta tensão aos centros de consumo. O vapor é resfriado em um condensador e convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo.

A água em circulação que esfria o condensador expulsa o calor extraído da atmosfera pelas torres de refrigeração, grandes estruturas que identificam essas centrais. Parte do calor extraído passa para um rio próximo ou para o mar. As torres de refrigeração são enormes cilindros mais estreitos na metade de sua altura (hiperbolóides), que emitem constantemente vapor de água, não-contaminante, para a atmosfera. Para minimizar os efeitos contaminantes da combustão sobre as redondezas, a central dispõe de uma chaminé de grande altura (algumas chegam a 300 m) e de alguns precipitadores que retêm as cinzas e outros resíduos voláteis da combustão. As cinzas são recuperadas para aproveitamento em processos de metalurgia e no campo da construção, onde são misturadas com o cimento.

Algumas usinas são chamadas de usinas de ciclo combinado, pois utilizam turbinas a gás e a vapor associadas.

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3. TURBINA A GÁS

Turbina, motor rotativo que converte em energia mecânica a energia de uma corrente de gás. O elemento básico da turbina é a roda ou rotor, que conta com paletas, hélices, lâminas ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, de forma que o fluido em movimento produza uma força tangencial que impulsiona a roda, fazendo-a girar. Essa energia mecânica é transferida através de um eixo para movimentar uma máquina, um compressor, um gerador elétrico ou uma hélice. Atualmente, a maior parte da energia elétrica mundial é produzida com o uso de geradores movidos por turbinas.

O funcionamento da turbina a vapor baseia-se no seguinte princípio termodinâmico: quando o vapor se expande, diminui sua temperatura e reduz sua energia interna. Essa redução da energia interna se transforma em energia mecânica pela aceleração das partículas de vapor, o que possibilita dispor diretamente de uma grande quantidade de energia.

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4. CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR

 As usinas de ciclo combinado têm como um dos seus principais elementos um gerador de vapor capaz de recuperar parte do calor dos gases de exaustão das turbinas a gás (Heat Recovery Steam Generator - HRSG). Com isto, a eficiência térmica eleva-se substancialmente, pois o vapor assim produzido aciona uma turbina, sem necessidade de queima de combustível adicional.

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5. MOTOR A VAPOR

Nas máquinas a vapor, o vapor de água em ebulição é retido numa caldeira até que sua pressão ultrapasse a pressão atmosférica e a seguir transferida para uma câmara de distribuição na cabeça dos motores para ser injetado nos cilindros gerando assim uma reação suficiente para mover a árvore de manivelas e produzir movimentos

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6. MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA

Motor de combustão interna, qualquer tipo de máquina cuja energia mecânica é obtida diretamente da energia química produzida por um combustível dentro de uma câmara de combustão (a parte principal de um motor). São três os tipos de motores de combustão interna: o motor de explosão, o diesel e o Wankel. O motor de explosão, inventado pelo técnico alemão Nikolaus August Otto, é o motor convencional à gasolina, utilizado em automobilismo e aeronáutica. O motor a diesel, chamado assim em homenagem ao engenheiro alemão, nascido na França, Rudolf Christian Karl Diesel, funciona com base em um princípio diferente e consome óleo diesel. É utilizado em instalações geradoras de eletricidade, em sistemas de propulsão naval, em caminhões, ônibus e alguns automóveis.

Os motores de explosão e os diesel apresentam os mesmos elementos principais. A câmara de combustão é um cilindro, dentro do qual desliza um pistão unido por uma biela ao eixo de manivelas. Este converte em movimento de rotação o movimento linear do pistão. A alimentação do combustível num motor de explosão é feita pelo carburador, dispositivo que mistura ar ao combustível. Cada cilindro aspira o combustível e expulsa os gases através de válvulas, que se abrem e se fecham de acordo com o movimento do eixo de manivelas.

Para a ignição, os motores de explosão dispõem da bobina, ou transformador, que transforma a corrente de baixa em alta tensão; do distribuidor, que faz saltar a faísca da vela no momento apropriado; e das velas.

O motor convencional de explosão é de quatro tempos: aspiração do combustível e ar, compressão, explosão e descarga.

Nos motores diesel, somente ar é absorvido na primeira fase. Na segunda, o ar se comprime e esquenta devido à compressão. Na terceira, a mistura de combustível e ar é injetada dentro da câmara de compressão e queima imediatamente.

O princípio geral do motor de dois tempos é a redução dos períodos de aspiração do combustível e de expulsão dos gases a uma parte mínima de um dos outros tempos.

Na década de 1950, o engenheiro alemão Felix Wankel desenvolveu um motor de combustão interna que utilizava, ao invés do pistão, um rotor triangular. Esse rotor gira dentro de uma câmara ovalada, produzindo três fases de potência em cada volta. O motor de Wankel é compacto e leve em comparação com os motores de pistão.

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7. RFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

TÉRMELÉTRICA. Disponível na Internet via: <http://www.gasnet.com.br/novotermeletricas/ciclo.asp>. Acessado em 26 de Março de 2011.

BRAIN, MARSHALL. Como funcionam os motores a vapor. Tradução HowStuffWorks Brasil. Disponível na Internet via:< http://ciencia.hsw.uol.com.br/motor-a-vapor.htm>. Acessado em 26 de Março de 2011.

FUNDAMENTOS do funcionamento do motor de combustão interna. Disponível na internet via: <http://146.164.33.61/termo/Motores/Aulas%2009/Aula_01.pdf>. Acessado em 26 de Março de 2011.

BRAIN, MARSHALL. Como funcionam as turbinas a gás. Tradução HowStuffWorks Brasil. Disponível na Internet via:< http://ciencia.hsw.uol.com.br/turbina-a-gas.htm>. Acessado em 26 de Março de 2011

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