MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA

DISCIPLINA: FÍSICA 1PROFESSOR: DEMETRIUS

SÉRIE: 2º ANO

O QUE É UMA MÁQUINA TÉRMICA?

• Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte quente, utilizado parte desse calor para realização de trabalho. O restante é rejeitado para uma fonte fria.

CICLOS TERMODINÂMICOS REAISOs motores de combustão interna a 4 tempos – o Ciclo Otto

1 - ADMISSÃO• Com o êmbolo (pistão) no PMS (ponto morto

superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou pela injeção eletrônica, em que se substitui o comando mecânico destes sistemas por um eletrônico e conseguindo-se assim melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas do motor. O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim), move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão.

2 - COMPRESSÃO

• Fecha-se nesta altura a válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é agora comprimida pelo pistão, impulsionado no seu sentido ascendente em direção à cabeça do motor por meio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.

3 - EXPLOSÃO

• Quando o êmbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e "explode". O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira por meio de manivelas e produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que será posteriormente transmitido às rodas motrizes. A este terceiro passeio do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de explosão, tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efetivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de rotação acumulada no volante ("inércia do movimento"), o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento por meio de manivelas durante os outros três tempos.

4 - EXPULSÃO

• O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo impulsionado por meio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão(escape).

Uma reflexão sobre as máquinas térmicas...

• O estudo das máquinas térmicas chamou a atenção dos físicos pois sempre um conjunto de características eram notadas em seu funcionamento...

• O calor sempre flui do corpo mais quente para o mais frio. O inverso só ocorre com realização de trabalho.

• Um máquina térmica sempre depende de duas fontes: uma quente e outra fria.

• Não é possível transformar todo o calor retirado de uma fonte quente em trabalho, mas é possível transformar todo trabalho em calor.

Essas constatações foram sintetizadas na SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA.

2ª Lei da Termodinâmica – Enunciado de Clausius

• “O calor flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. O inverso só ocorre com realização de trabalho.”

• Rudolf Emmanuel Clausius , 1850

2ª Lei da Termodinâmica – Enunciado de Kelvin

• “É impossível, para uma máquina térmica que opera em ciclos, converter integralmente calor em trabalho”.

• Lorde Kelvin, 1851

RENDIMENTO DE UMA MÁQUINA TÉRMICA

• A quantidade de calor rejeitada para fonte fria (Q2) somado ao trabalho realizado pela máquina térmica (τ), é igual à quantidade de calor proveniente da fonte quente (Q1).

Q1= τ + Q2

2

1

1 QrQ

EXEMPLO

• Um máquina térmica recebe de uma fonte quente 800 J de calor. Dessa quantia, 200 J são utilizados para realização de trabalho. Qual é o rendimento dessa máquina térmica?

Rendimento Máximo – Ciclo de Carnot

• Teoricamente, uma máquina operando nesse ciclo atingiria seu rendimento máximo.

2

1

1 TrT

EXEMPLO 2

• Uma máquina térmica opera segundo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Para esta máquina, quanto vale o seu rendimento máximo?

Vamos fazer alguns exercícios do livro?PÁGINA 193 E 196

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