Atividade 3_Máquinas Térmicas

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MÁQUINAS TÉRMICAS
ATIVIDADE 3
Pergunta 1
No motor alternativo, existem pistões nos cilindros que realizam movimentos alternativos e convertem em trabalho: a pressão do fluido, que transforma energia química em movimentação mecânica.
 
Considerando o apontado, o motor alternativo possui o PMS e o PMI, cujos significados são:
· primeiro motor superior e primeiro motor inferior, respectivamente.
· ponto morto superior e ponto morto inferior, respectivamente.
· parte externa de símbolos e parte interna da ignição, respectivamente.
· ponto maior de suspensão e ponto menor de inclinação, respectivamente.
· passos menor superior e maior inferior, respectivamente.
Ponto morto superior (PMS) significa a posição do pista~o no cilindro que fornece o volume mínimo. Ponto morto inferior (PMI) significa a posição do pista~o no cilindro que fornece o volume máximo.
Pergunta 2
Considerando o uso de ar como fluido para o funcionamento das máquinas térmicas e que a energia necessária é originada do processo de pressurização e da troca de energia do fluido, assinale a alternativa correta, acerca do ciclo de ar.
· Há processos considerados irreversíveis.
· Há processo complexo pela transferência de calor.
· Há tratamento do gás como um gás não ideal.
· Há rejeição de calor, devido à transferência no processo.
· Há dispensa de ar durante o estado inicial do ciclo.
Durante a transferência de calor no processo, existe a rejeição de calor no exaustor para a vizinhança, devolvendo o ar na forma inicial.
Pergunta 3
 Leia o excerto a seguir, sobre os motores de combustão interna:
 
“Diferentemente do ciclo de Carnot, que é um ciclo teórico e que opera uma máquina ideal que utiliza calor para realizar trabalho (Máquina de Carnot), os demais ciclos possuem aplicações muito importantes, como por exemplo, o ciclo Otto que é a base do funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha como os motores de álcool e gasolina, e o Ciclo Diesel que é a base dos motores a diesel como o nome sugere” (SANTOS; LUZ, 2017, p.03).
 
SANTOS, L. R. M dos; CRUZ, F. A. O. Ciclos termodinâmicos: uma proposta de estudo mediada por applets. Caderno de Física da UEFS, v. 15, n. 1, p. 1-11, 2017. Disponível em: http://dfisweb.uefs.br/caderno/vol15n1/s5Artigo03_Frederico-Ciclos-Termodinamicos.pdf. Acesso em: 23 fev. 2023.
 
Com base no excerto apresentado, avalie as afirmações a seguir sobre as definições relacionadas a motores de combustão interna:
 
I. A faísca de ignição refere-se à inflamação de uma vela, ao misturar água com o combustível.
II. A pressão média efetiva consiste na porcentagem de trabalho produzido no deslocamento.
III. A válvula de admissão possibilita a subida do ar-combustível misturado na vela do motor.
IV. O volume morto está relacionado ao volume da mistura ar-combustível que passa pelo pistão.
 
É correto o que se afirma em:
· II e III, apenas.
· I e III, apenas.
· II e IV, apenas.
·  II, III e IV, apenas.
· I, II e IV, apenas.
A afirmativa I está incorreta, visto que a faísca de ignição refere-se à inflamação de uma vela de ignição, devido à mistura de ar-combustível. A afirmativa II está correta, pois a pressão média efetiva consiste na porcentagem de trabalho líquido produzido durante o ciclo de deslocamento. Essa pressão PME é usada para avaliar a efetividade de um motor, em comparação a outro com o mesmo deslocamento: quanto maior a PME, melhor o desempenho. A afirmativa III está incorreta, porque a válvula de admissão possibilita a passagem do ar-combustível misturado pelo cilindro, ou seja, pistão do motor. A afirmativa IV está correta, pois o volume morto está relacionado ao volume da mistura ar-combustível que passa entre a cabeça do cilindro e a parte superior do pistão em ponto morto superior.
Pergunta 4
O ciclo Otto de dois tempos pode ser encontrado em alguns equipamentos, como o jet ski, uma máquina que opera por meio de duas fases: ignição e escape.
 
Considerando o apontado, analise as alternativas a seguir e assinale a correta, acerca do ciclo Otto de dois tempos.
· A lubrificação de um motor de dois tempos acontece durante a exaustão.
· As válvulas desse motor se abrem e fecham durante os processos.
· O motor de dois tempos é ideal para equipamentos de grande porte.
· A ignição no ponto morto superior (PMS) ocorre quando há afastamento do pistão.
· A força do pistão diminui à medida que o processo de combustão se inicia.
No final do tempo de potência, há redução de forças no pistão, devido à redução do trabalho produzido; nessa etapa, há ventilação dos produtos de combustão pelo cilindro na parte final do tempo de potência.
Pergunta 5
O ciclo Otto refere-se a um ciclo termodinâmico, que funciona por um pistão de ignição com faísca. Esse ciclo pode ser utilizado por motores de quatro e de dois tempos, presentes nos automóveis.
 
Considerando que a admissão de calor para o ciclo Otto é de 1.300 kJ/kg, tendo uma taxa de compressão (r) igual a 8, a pressão e temperatura do ar no início do tempo de compressão são 70 kPa e k 1,8. Assim, a taxa de compressão seria:
· 1,40.
· 0,56.
· 0,81.
· 0,34.
· 0,15.
É realizado o seguinte cálculo para encontrar a taxa de compressão: notto = 1 - (1/r^k-1) notto = 1 - (1/8^1,8-1) notto = 1 - (1/8^0,8) notto = 1 - (1/5,28) notto = 1 - (0,18) notto = 0,81
Pergunta 6
O primeiro carro com motor tipo Otto foi fabricado em 1886 por Karl Benz, um alemão. Esse automóvel tinha apenas três rodas e o motor ficava localizado na parte de trás do veículo. Na época foram vendidos 25 automóveis desse tipo que funcionavam à base de gasolina, sendo chamado na época de Benz Patent-Motorwagen.
 
SALOMÃO, T. R. et al. A evolução do motor a combustão ciclo Otto. Pesquisa e ação V4N1, maio 2008. ISSN 2447-0627. Disponível em: https://revistas.brazcubas.br/index.php/pesquisa/article/view/388/486. Acesso em: 23 fev. 2023.
Assinale a alternativa correta, acerca dos processos do motor ciclo Otto.
· O pistão realiza significativos trabalho e esforço nos processos de exaustão e admissão.
· O processo de tempo de potência com entropia constante tem processo adiabático.
· Ao todo, são quatro processos, nesta ordem: processo 1 (volume constante), processo 2 (temperatura constante), processo 3 (entropia constante) e processo 4 (exaustão e admissão).
· Durante os processos de exaustão e admissão, ocorre rotação de elemento.
· O processo de combustão com volume constante ocorre devido ao repouso do pistão.
O processo 4 refere-se aos processos de exaustão e admissão, em que o volume é constante, sendo um processo fictício que serve para substituir os tempos de exaustão e admissão. Nesse processo, há rotação do virabrequim completamente, deslocando o pista~o, e energia deixa o cilindro de PMS para PMI.
Pergunta 7
Leia o excerto a seguir: 
 
“Nos motores de dois tempos, as operações de admissão, compressão, expansão e escape são obtidas em uma volta do eixo de manivelas. Os processos indicados no motor quatro tempos são aqui realizados da mesma maneira, entretanto, alguns deles se sobrepõe num mesmo curso. O princípio de funcionamento do motor a dois tempos de ignição por faísca deve-se a Dugald Clerck em 1878” (PEREIRA, 2017, p. 25).
 
PEREIRA, L. P. Aplicação do ciclo Otto e do ciclo Atkinson em um motor de combustão interna rotativo com taxa de compressão variável. Projeto (Graduação em Engenharia Mecânica) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. Disponível em:  https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/31925/31925.PDF. Acesso em: 06 mar. 2023.
 
Com base no excerto apresentado, avalie as afirmações a seguir:
 
I. O motor de dois tempos é um Ciclo de Otto padrão modificado.
II. O motor de dois tempos não possui um pistão, diferentemente do de quatro tempos.
III. O tempo de potência ocorre quando o ar combustível é liberado do motor pela ignição.
IV. O ciclo de Otto de dois tempos não possui válvulas de admissão e de exaustão. 
 
É correto o que se afirma em:
· II e III, apenas.
·  I e III, apenas.
·  I e IV, apenas.
· II, III e IV, apenas.·  I, II e IV, apenas.
A afirmativa I está correta, visto que o motor de dois tempos é um ciclo de Otto padrão modificado, pois alguns itens, como as válvulas, não existem nesse tipo de motor. A afirmativa II está incorreta, pois existe sim pistão nesse tipo de motor, que se move, causando o início do tempo de potência, expondo a porta de exaustão. A afirmativa III está incorreta, porque acontece a ignição do PMS devido à compressão da mistura do ar combustível no motor, pela aproximação do pistão. A afirmativa IV está correta, pois o ciclo de Otto de dois tempos não possui válvulas de admissão e de exaustão, mas sim, portas de admissão e exaustão de ar localizadas na parede do cilindro, que se abrem e fecham devido à movimentação do pistão.
Pergunta 8
 O ciclo diesel é utilizado em motores abastecidos pelo combustível diesel. Os caminhões, por exemplo, funcionam por meio do processo termodinâmico, em que a combustão é ocasionada pela compressão da mistura entre ar e combustível. Quando essa mistura entra pela câmara do motor, o ciclo se inicia.
 
Considerando as informações do texto, analise as alternativas a seguir e assinale a correta, acerca do ciclo diesel.
· O motor a diesel comprime a mistura ar-combustível pela movimentação do pistão.
· O motor a diesel tem ciclos que não se reiniciam, devido ao processo de combustão, que é limitado.
· O motor a diesel foi desenvolvido com base na termodinâmica, mas não se parece com o Carnot.
· O motor a diesel passa por explosão no fim do ciclo, devido à redução de temperatura no meio do processo.
·  Somente no motor a diesel, o estado do fluido volta ao inicial com a troca no sistema.
A movimentação do pistão faz com que a mistura ar-combustível seja comprimida; isso acontece por haver injeção de combustível no ar sob pressão na parte interna da câmera.
Pergunta 9
O motor inventado por Otto foi vantajoso, em comparação com outros motores a vapor daquele tempo. Dentre as vantagens, destacam-se os baixos peso e consumo de combustível, mesmo se utilizar benzeno como combustível, e também a superação de potência.
 
SALOMÃO, T. R. et al. A evolução do motor a combustão ciclo Otto. Pesquisa e ação V4N1, maio 2008. ISSN 2447-0627. Disponível em: https://revistas.brazcubas.br/index.php/pesquisa/article/view/388/486. Acesso em: 23 fev. 2023.
Com base no apresentado, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas:
 
I. O motor Otto funciona à base de gasolina ou de álcool atualmente e trabalha em quatro tempos. 
Porque:
II. Os automóveis, na atualidade, não utilizam mais o princípio de funcionamento dos primeiros carros fabricados no planeta, não tendo mais quatro tempos.
 
Assinale a alternativa correta.
· A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
·  A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
· As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
· As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
· As asserções I e II são proposições falsas.
A asserção I é uma proposição verdadeira, visto que o motor de ciclo Otto atualmente funciona à base de gasolina ou de álcool e trabalha em quatro tempos: admissão, compressão, combustão e exaustão. A asserção II é uma proposição falsa, porque os automóveis, na atualidade (carros, navios, motocicletas, dentre outros), empregam o princípio de funcionamento dos primeiros carros fabricados no planeta. Ainda, existem os que utilizam os quatro tempos para realização do processo termodinâmico. Outros equipamentos, como os jet skis e motosserras, por exemplo, usam motores com dois tempos (ignição e escape). Portanto, as asserções não se justificam.
Pergunta 10
Pela modelagem matemática, é possível, por meio de equações matemáticas, obter resultados sobre o motor e prever situações com relação aos processos que ocorrem dentro desses motores.
 
Considerando o apontado acima, o ciclo diesel pode ser analisado pela existência de um fluido ideal em determinadas condições, que é o:
· nitrogênio ideal com pressurização adequada.
· gás ideal com padrão de ar frio.
· carbono ideal com leve aquecimento.
· vapor ideal com temperatura reduzida.
· água ideal com solidificação excessiva.
Pode ser considerado um gás ideal com o padrão de ar frio e calores específicos constantes. Haverá um processo de compressão, durante o processo de combustão, e de adição de calor com equilíbrio parcial.