MÁQUINAS TÉRMICAS

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MÁQUINAS TÉRMICAS
↪ Conceitos iniciais de ciências térmicas
A termodinâmica é o ramo da física e da engenharia que estuda as relações de troca entre o calor e o trabalho realizado por um sistema, quando esse interage com o meio externo.
Estudo das transformações da Energia. Ocorrências das reações químicas:
A combustão da madeira na fogueira de são João – libera calor para as vizinhanças
⇢Sistema
É tudo aquilo que se deseja estudar em termodinâmica
A composição da matéria dentro de um sistema pode ser fixa ou variar em função de reações químicas
⇢Sistema fechado / isolado
Possui a mesma quantidade de matéria.
 Não pode ocorrer fluxo de massa através de suas fronteiras
↣ Fechado não isolado
· q≠0 – não troca calor
· q=0 – troca calor com o meio externo 
⇢ Sistema aberto ou volume de controle
Não possui a mesma quantidade de matéria.
Ocorre fluxo de massa através de suas fronteiras.
Rendimento da máquina térmica
η = 
↪ Introdução às máquinas térmicas
São dispositivos capazes de transformar energia térmica em trabalho mecânico. Toda máquina térmica necessita de uma fonte de calor e de uma substância de trabalho capaz de ter o seu volume modificado e, consequentemente, movimentar algum mecanismo, como válvulas ou pistões.
A combustão, ou queima, é um processo químico que exige três componentes que se combinam:
1-calor (energia inicial que provoca calor; fonte de ignição);
2-oxigênio (comburente: um material gasoso que contenha o gás oxigênio (O2), como o ar.);
3-combustível (material oxidável).
As máquinas térmicas são dispositivos que permitem transformar calor em trabalho. O calor pode ser obtido de diferentes fontes: combustão, energia elétrica, energia atômica, etc.
A obtenção de trabalho é ocasionada por uma sequência de processos realizados numa substancia que será denominada “fluido ativo – FA”.
Quanto ao comportamento do fluido ativo – FA, as maquinas térmicas serão classificadas em:
⇢ Motores de combustão externa – MCE
Aletas: dissipar calor.
O vapor se expande e, com sua pressão, vai movimentar os êmbolos que acionam as rodas motrizes da locomotiva.
⇢ Motores de combustão interna – MCI
Conjunto de peças mecânicas e elétricas, cuja finalidade é produzir trabalho pela força de expansão resultante da queima da mistura de ar com combustível, no interior de cilindros fechados.
Motor em V
Motor “em linha”
Motor Linear
Quanto a forma de se obter trabalho mecânico, os MCIs são classificados em: 
Motores alternativos: O trabalho é obtido pelo movimento de Vaivém de um pistão, transformado em rotação continua por um sistema biela-manivela.
Quanto a posição do pistão no interior do cilindro:
⇒Vdu: Cilindrada unitária- Também conhecida como volume deslocado útil ou deslocamento volumétrico, é deslocado pelo pistão de um ponto morto a outro.
V1= volume total;
V2= volume morto
Vdu = V1 – V2 
Vdu = 
Z: Número de cilindros do motor.
D: Diâmetro dos cilindros do motor.
S: curso.
⇒Vd: Volume deslocado do motor - deslocamento volumétrico do motor ou cilindrada total.
⇢Para um motor de Z cilindros (multicilindros):
Vdu=Vd . z = . z
⇒ rv: Relação volumétrica ou taxa de compressão- é a relação entre o volume total (V1) e o volume morto (V2), e representa em quantas vezes V1 é reduzido.
rv = 
Vdu = V1 – V2 ⇒ V1 = Vdu + V2 
rv = = = + 1
É uma relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar/combustível, ou o ar, é aspirada para dentro dos cilindros pelo pistão e comprimida antes que se inicie o processo de queima.
Importante!
A taxa de compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco, cabeçote, pistões) e não ao combustível utilizado. Não se altera a taxa de compressão de um motor apenas modificando o tipo de combustível consumido.
Cabeçote - combustão 
Bloco - elemento de apoio onde realiza trabalho
Carter - lubrificação do sistema
↪ Classificação dos motores alternativos
Ciclo de operação é a sequência de processos sofridos pelo FA, que se repetem periodicamente para a obtenção de trabalho util.
Entende-se por tempo o curso do pistão
⇢ Motores Alternativos a Quatro Tempos (4T)
⇢Classificação dos motores alternativos quanto à ignição
MIF – Motores de Ignição por Faísca ou Otto
Nesses motores, a mistura combustível-ar é admitida, e inflamada por uma faísca que ocorre entre os eletrodos de uma vela.
↪ Ciclo Otto
1º Tempo: Admissão
2º Tempo: Compressão
3º Tempo: Explosão / expansão
4º Tempo: Exaustão
⇢Processos termodinâmicos ciclo Otto
⇢ Relações algébricas do ciclo Otto.
⇢ Motores Alternativos a dois tempos (2T) de ignição por faísca
São encontrados em equipamentos e veículos como jet-skis, aeromodelos, motosserras, entre amplificando a construção e reduzindo de forma relevante o seu peso.
↦ Diferenças entre motores 4T e 2T
	Diferenças
	4T
	2T
	Tempos x Ciclo útil
	2 voltas manivela
	1 volta manivela
	Sistema Mecânico
	Mais complexo
	Mais simples
Ausência de: Válvulas, Eixo comando
	Alimentação
	Boa
	Ruim: perda de mistura no escape.
Presença de lubrificante
	Lubrificação
	Boa
	Ruim: Presença de combustível
↪ Arrefecimento
⇢Quanto ao sistema de arrefecimento motor 4T
O trabalho gerado da combustão resulta uma parcela significativa de atrito e calor. Para a manutenção da vida dos componentes, faz-se necessário o arrefecimento de algumas áreas e componentes. 
Arrefecimento pode ser realizado com ar (geralmente em motores pequenos) ou com água.
Sistema de arrefecimento a ar:
Vantagem: Mais simples.
Desvantagem: Menos eficiente e menos homogênea.
Sistema de arrefecimento a água:
Vantagem: Mais eficiente, reduzindo o ruído do motor.
 Desvantagem: complexidade
O sistema basicamente é composto por 7 componentes principais: 
1.Bomba d’ água; 
2.Válvula termostática;
3.Reservatório;
4.Radiador; 
5.Aditivo; 
6.Sensor de temperatura;
7.Eletroventilador.
Exercícios
Exercício 01
Um motor alternativo tem 4 cilindros de diâmetro 8,2 cm e curso 7,8 cm e uma taxa de compressão 8,5. Pede-se:
A) A cilindrada ou deslocamento volumétrico do motor em cm3;
B) O volume total de um cilindro;
C) O volume morto.
Exercício 02
Um motor de 6 cilindros tem uma cilindrada de 5,2 L. O diâmetro dos cilindros e 10,2 cm e o volume morto e 54,2 cm3 . Pede-se:
A) O curso;
B) A taxa de compressão;
C) O volume total de um cilindro.
Exercício 03
Um motor a 4T, 4 cilindros, com cilindrada total de 2,0 L, funciona a 3.200 rpm. A relação de compressão e 9,4:1 e a relação curso-diâmetro e 0,9. Pede-se
A) O volume morto;
B) O diâmetro do cilindro;
C) A velocidade média do pistão em m/s
Exercício 04
Um motor de 6 cilindros tem uma cilindrada de 4,8 L. O diametro dos cilindros e 10,0 cm. Deseja-se alterar a cilindrada para 5.400 cm3 , sem se alterar o raio do virabrequim. Quais serão as novas dimensões do motor?
Exercício 05
Um motor de 4 cilindros tem as seguintes dimensões: - diâmetro do cilindro: 7,8 cm; - curso do pistão: 8 cm; - taxa de compressão: 8:1. Deseja-se aumentar a taxa para 12:1. Quanto devo retificar (rebaixar) o cabeçote, para obter a nova taxa?