TED 3

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UNIESP – Centro Universitário
Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
TED 3:
TURMA: ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA
PERÍODO: P5
PONTUAÇÃO: 2 PONTOS extras
DATA DE ENTREGA: Até o dia 29/11/2021
O trabalho consiste em um resumo digitado sobre os quatro temas
abaixo. Importante: o trabalho deverá conter os gráficos dos ciclos e as
principais equações (por exemplo, o rendimento da máquina); colocar
as referências bibliográficas.
TEMA:
Ciclo de Otto
TEMA:
Ciclo de Diesel
TEMA:
Ciclo de Stirling
TEMA:
Ciclo de Rankine
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Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
Ciclo de Otto responsável pelo projeto do motor a 4 tempos em 1876, Nikolaus August
Otto (1832-1891), engenheiro alemão, teve sua patente revogada em 1886 porque alguém já
tinha tido essa idéia. Porém Otto e seus dois irmãos não se deram por satisfeitos e construíram
os primeiros protótipos do seu motor, onde obtiveram grande aceitação por ter uma eficiência
maior e ser mais silencioso que os modelos concorrentes. Curiosamente os primeiros modelos
eram movidos a gás e somente depois de alguns anos foram aperfeiçoados aos modelos de
gasolina com admissão de ar.
Dentre os elementos que compõe o motor, destacam-se necessários ao funcionamento as
válvulas (que controlam a entrada e saída de ar ou produto da explosão), a vela que emite a
faísca que dá início à explosão e no interior do motor o virabrequim que controla várias
funções do motor como o acionamento das válvulas, a sincronia dos pistões e a transmissão de
energia mecânica para a caixa de câmbio.
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Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
Rudolf Diesel patenteou um motor à combustão de elevada eficiência, demonstrando em 1900,
um motor movido a óleo de amendoim, cuja tecnologia leva seu nome até hoje.
O óleo de cozinha auxilia a diminuir a emissão de poluentes em motores diesel, além de
melhorar o desempenho dos lubrificantes internos do motor.
O ciclo de diesel é essencialmente caracterizado pela combustão ser causada pela
compressão da mistura ar + combustível.
No segundo ciclo, o pistão faz a compressão dessa massa de ar e ao término da
compressão, injeta-se combustível sob pressão no interior da câmara.
De uma forma geral o estado inicial do ciclo de diesel é aquele que promove uma
compressão adiabática e leva a máquina ao próximo estado.
Finalmente, ocorre uma transformação isocórica onde a máquina perde calor e a partir
daí, reinicia-se o ciclo.O Diesel apresenta outras características importantes em relação a
gasolina, uma delas é a o tempo de evaporação.
Pelo fato desse combustível ter maior viscosidade que a gasolina ele apresenta um maior
tempo de evaporação, já que é necessária mais energia térmica para romper a ligação das
moléculas.
Para cada 3,785 litros de diesel pode-se obter 155 milhões de joules, enquanto para a
mesma quantidade de gasolina a taxa energética cai para 132 milhões de joules.
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Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
Esses dados refletem no aproveitamento do combustível durante o consumo: os motores a
diesel tendem a ser mais econômicos que os motores a gasolina quando empregados no mesmo
veículo.
Motor Stirling
Os motores de combustão externa que funcionam segundo o ciclo Stirling são os mais
eficientes já inventados e podem operar com diversos tipos de combustíveis.
Esse motor é de combustão externa – a combustão ocorre fora do motor – e utiliza como
fluido de trabalho somente o ar aquecido pela combustão.
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Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
Como não há emissões de poluentes por parte da substância de trabalho (gases ou o ar
atmosférico), os motores de Stirling são considerados de ciclo fechado.
Os motores de Stirling apresentam uma eficiência muito alta se comparados com os motores de
combustão interna (como aqueles que movem os carros a gasolina), atingindo até 45% de
eficiência energética, muito além dos 20% a 30% atingidos por outros tipos de motores, como os
motores movidos a óleo diesel ou gasolina.
O ciclo Rankine mostra o ciclo fechado do processo do fluido nas máquinas térmicas,
sendo geralmente utilizado nas usinas de geração elétrica a partir da combustão de combustíveis
fósseis como o carvão, gás natural, e gasolina e também da fissão nuclear de forma a obter calor,
uma vez que quanto maior a temperatura, melhor a produção de energia.
Além disso, a menos que a pressão e a temperatura alcancem níveis críticos superiores
na caldeira a vapor, o máximo que a temperatura pode operar ainda é bastante pequeno: as
temperaturas de entrada da turbina a vapor são tipicamente em torno de 565 ° C e as
temperaturas do condensador de vapor são em torno de 30 ° C.
As temperaturas de entrada oferecem uma eficiência teórica máxima de Carnot para a
turbina a vapor isolada de cerca de 63,8% comparado com uma eficiência térmica global real de
até 42% para uma moderna estação de energia a carvão.
Esta baixa temperatura de entrada na turbina a vapor (comparado com uma turbina a gás)
é o motivo pelo qual o ciclo de Rankine (vapor) é frequentemente usado como um ciclo de
fundo para recuperar o calor rejeitado de outra forma em centrais de turbinas a gás de ciclo
combinado.
A diferença principal está na adição de uma caldeira e ausência de um condensador nos
processos isobáricos no ciclo Rankine e nos processos isotérmicos na teoria do Ciclo Carnot.
As torres de resfriamento operam como grandes permutadores de calor, absorvendo o calor
latente de vaporização do fluido de trabalho e evaporando simultaneamente a água de
refrigeração para a atmosfera.
Muitas substâncias podem ser usadas como fluido de trabalho no ciclo, mas a água é
geralmente o fluido de escolha devido às suas propriedades favoráveis, como a sua química não
tóxica e não-reativa, abundância e baixo custo, bem como suas propriedades termodinâmicas.
Normalmente, líquido saturado sai do condensador (ponto 1), sendo pressurizado pela bomba
(ponto 2), entrando na caldeira onde é transferido calor para este (ponto 3), normalmente a
pressão constante.
UNIESP – Centro Universitário
Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica
Professora: Priscila Torres
Apresentação física dos quatro processos termodinâmicos usados no ciclo Rankine
Alguns exemplos de equações para fazer o cálculo do ciclo de Rankine
Referências
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/motor-stirling.htm
https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclo_otto.htm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lumbar_patent_dieselengine.jpg
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankine
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/motor-stirling.htm
https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclo_otto.htm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lumbar_patent_dieselengine.jpg