ATPS DE TERMODINÂMICA.

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UNIVERSIDADE ANHANGUERA - SANTO ANDRÉ – UNIDADE 3
Engenharia Mecânica – 5º período - Noite
Disciplina: Termodinâmica aplicada
DAVID RIBEIRO DOS SANTOS RA: 7248597980 
RAFAEL GONÇALVES CRUZ RA: 7083559686
ROBERTO SANTOS DE OLIVEIRA RA: 7477700363
VERIDIANA SALDANHA RA: 0051565491
WAGNER SALLES SILVA RA: 8485196069
Estudos e funcionamento do motor de um veículo
 Orientador: Professor Renato
SANTO ANDRÉ
2015
UNIVERSIDADE ANHANGUERA - SANTO ANDRÉ – UNIDADE 3
Engenharia Mecânica – 5º período - Noite
Disciplina: Termodinâmica aplicada
Atividade prática supervisionada apresentada ao curso de Graduação em Engenharia Mecânica, Anhanguera Educacional, como requisito de conclusão de todas Etapas, onde foi feito estudo de funcionamento de motor de um veículo, sob a orientação do professor Renato.
SANTO ANDRÉ
2015
RESUMO
Foi realizada em grupo uma pesquisa sobre definições e conceitos fundamentais da termodinâmica, desenvolvemos as etapas desta atividade prática supervisionada voltado ao estudo do funcionamento do motor de um veículo a partir dos seus processos termodinâmicos, onde adquirimos conhecimentos das leis da termodinâmica e suas aplicações.
FIGURAS
Figura 1............................................................................................................................10
 Figura 2........................................................................................................................11
 Figura 3........................................................................................................................11
 Figura 4........................................................................................................................12
 Figura 5........................................................................................................................22
 Figura 6........................................................................................................................23
 Figura 7........................................................................................................................29
 Figura 8........................................................................................................................30
SUMARIO
Introdução...........................................................................................................................6
Objetivo...........................................................................................................................7
ETAPA 1............................................................................................................................8
Passo 1.......................................................................................................................8
Passo 2.......................................................................................................................9
Passo 3.......................................................................................................................14
Passo 4.......................................................................................................................16
ETAPA 2............................................................................................................................16
Passo 1.......................................................................................................................17
Passo 2.......................................................................................................................19
Passo 3.......................................................................................................................19
 Passo 4......................................................................................................................8
ETAPA 3............................................................................................................................20
Passo 1.......................................................................................................................20
Passo 2.......................................................................................................................26
Passo 3.......................................................................................................................27
 Passo 4......................................................................................................................29
ETAPA 4............................................................................................................................29
Passo 1.......................................................................................................................29
Passo 2.......................................................................................................................31
Passo 3.......................................................................................................................31
Conclusão..................................................................................................................32
BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................33
1. INTRODUÇÃo 
Seguindo nas definições e conceitos fundamentais da termodinâmica, desenvolvemos as etapas desta atividade prática supervisionada voltado ao estudo do funcionamento do motor de um veículo a partir dos seus processos termodinâmicos. A termodinâmica é uma forma de estudar o calor e a energia gerada através do trabalho de outra energia que é aplicada em uma máquina térmica assim formando um ciclo continuo de trabalho. De acordo com o princípio da Conservação da Energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada. O primeiro princípio da termodinâmica estabelece uma equivalência entre o trabalho e o calor trocados entre um sistema e seu meio exterior.
2. OBJETIVO
Para maquinas térmicas temos o exemplo geladeira, locomotivas à vapor, turbina a vapor gerador elétrico, turbinas a querosene (impulsionam os aviões a jato), motores de explosão que queimam a gasolina, álcool ou diesel, reator termonuclear de uma usina atômica. No nosso trabalho apresentaremos definições e conceitos da termodinâmica através do estudo de uma maquina térmicos, o motor Otto e suas relações definidas de calor e transferências de energia a base da combustão interna do ciclo Otto termodinâmico.
3. Eapa1: Definição e Conceitos Fundamentais. Substâncias Puras e Propriedades
3.1. Passo 1: Definição da palavra termodinâmica:
Estudo das leis que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de energia, mais especificamente a transformação de um tipo de energia em outra, a disponibilidade de energia para a realização de trabalho e a direção das trocas de calor.
 Passo 1.1
A palavra termodinâmica teve origem na junção de dois vocábulos gregos, therme (calor) e dynamis (força), que têm a ver com as primeiras tentativas para transformar calor em trabalho e que constituíram o objetivo primordial desta ciência. 
3.1. Passo 1.2
Sistema termodinâmico consiste em uma quantidade de matéria ou região para a qual nossa atenção está voltada. Demarcamos um sistema termodinâmico em função daquilo que desejamos calcular. Tudo que se situa fora do sistema termodinâmico é chamado MEIO ou VIZINHANÇA.
A origem da termodinâmica clássica é datada do início de 1600, período em que os cientistas eram motivados a compreender os fenômenos percebidos pelos sentidos através de fatos observados e experimentações. O início deste período foi marcado pelosexperimentos de Galileu para quati ficar a termometria.
 Passo 1.3
Em 1760, Joseph Black introduziu que além da temperatura, algo mais era consevado em processos mistos, o calor ou calórico. Vinte anos depois, Rumford mostrou que trabalho mecânico era uma fonte inesgotável de calor e que, portanto, o calórico não poderia ser conservado.
 Em 1824, Carnot propôs novos conceitos acerca da reversibilidade, reservatórios de calor e a necessidade de diferença de temperatura para gerar trabalho a partir de uma interação térmica, que levaram à troca da teoria do calórico para Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica.
1847 – James Prescott Joule estudou o trabalho realizado por um gás quando se expande e o calor gerado quando se comprime. Determinou a quantidade de trabalho necessária para gerar uma quantidade determinada de calor a equivalência entre a energia mecânica e o calor, isso direcionou para a teoria da conservação de energia ou seja a primeira lei da termodinâmica.
1850 – 1865 Rudolf Clausius formula a relação entre o fluxo de calor e o trabalho mecânico. Introduz o conceito de entropia (do grego, trope, transformação). 
Enunciado da segunda Lei da Termodinâmica.
Estas discussões foram findadas com o trabalho de Joule que estabeleu uma equivalência entre a mecânica, elétrica e energia química e calor, mostrando que o calor e o trabalho são formas de transferência de energia e que o calor não é conservado. A entropia é conservada apenas no limite de processos reversíveis.
3.2. Passo 2
3.2. Passo 2.1: Sistema de refrigeração de um motor:
A importância do sistema de arrefecimento está no fato de que a temperatura interna do motor deve ser tal que, o óleo consiga trabalhar com boa viscosidade, que as folgas internas sejam preenchidas, que a expansão da frente de chama não atinja as paredes da câmara e principalmente, que a temperaturas elevadas da câmara de combustão sejam evitadas devido, ao efeito nocivo da detonação. Com isso o sistema de arrefecimento trabalha para manter o motor em sua temperatura ideal, sendo esta cerca de 90-95°c, e consumindo entre 25-35% da potência do motor.
Os sistemas de arrefecimento dos automóveis possuem duas variações:
Sistema de arrefecimento a ar;
Sistema de arrefecimento a água.
O sistema de arrefecimento a água possui duas variações:
Arrefecimento a água por termossifão;
Arrefecimento à água forçado.
Sistema de arrefecimento a ar: 
Figura 1: Sistema de arrefecimento do ar
Fonte: Internet
 Este sistema tem como maior característica sua simplicidade. Não há circulação de água dentro do motor, o arrefecimento é realizado pelo fluxo de ar que passa por ele durante o deslocamento do veículo. A temperatura de funcionamento em motores arrefecidos a ar é maior que em motores arrefecidos a água, por sua vez o óleo lubrificante acaba por ter um importante papel na troca de calor com componentes internos, o que motivou o uso de óleos de qualidade e radiadores de óleo para esses motores. A temperatura do óleo é monitorada por um termostato. Aletas usinadas no cabeçote garante maior área de contato com o fluxo de ar e assim um melhor arrefecimento.
Sistema de arrefecimento a água:
A utilização de água desmineralizada misturada na devida proporção com aditivo deu um grande salto na evolução dos motores de combustão interna. Não havia mais aquela irregularidade na temperatura de funcionamento do motor, e os motores passaram a funcionar com limites de temperatura cada vez mais estreitos. O que certamente ajudou no aumento do binário do motor no decorrer dos anos. Entretanto, o primeiro sistema de arrefecimento a água a surgir foi o Termossifão, mas ainda era deficiente em alguns pontos.
Sistema de arrefecimento a água – termossifão:
Figura 2: Sistema de arrefecimento a água - termossifão
Fonte: internet
Sistema de arrefecimento a água – forçado:
Figura 3: Sistema de arrefecimento a água - forçado
Crédito foto: kids.britannica. Fonte: internet
Sistema de arrefecimento a água do tipo forçado. Note que este é um dos primeiros, pois ainda utiliza tampa com válvula de pressão no radiador e ventilador acionado pelo próprio motor. Repare que o fluído de arrefecimento circula em volta de todos os cilindros, a este espaço chamamos de câmara de água.
O sistema de arrefecimento forçado superou completamente o antigo termossifão. Finalmente era possível obter um controle mais rigoroso em cima dos limites de temperatura do motor, diminuir as dimensões do radiador, reduzir a diferença de temperatura entre pontos frio e quente(<10°c), além poder se utilizar do fluído para o aquecedor interno do veículo.
Uma bomba acionada pelo próprio motor pressuriza o sistema e garante a circulação de fluído de arrefecimento no motor sem que este tenha grandes perdas em potência. A pressão exercida pela bomba circula o fluído em grande velocidade aumentando o coeficiente de transferência de calor. A passagem de fluído pelo radiador é controlada por uma válvula termostática, que libera e cessa a passagem de fluído para o radiador de acordo com a temperatura do fluído, permanecendo fechada quando o fluído ainda não estiver dentro da faixa de 85-90°c.
Figura 4: Sistema de arrefecimento a água – forçado
Crédito foto: popularmechanics. Fonte: internet
Sistema de arrefecimento a água tipo forçado atual. Ventilado acionado eletricamente e uso de reservatório de expansão.
Quando o veículo encontra-se parado com o motor em funcionamento, o fluxo de ar sobre o radiador é nulo. Para garantir este fluxo, é empregado um eletro-ventilador controlado eletricamente por um interruptor termos tático. Este interruptor aciona o eletro-ventilador sempre que a temperatura do fluído de arrefecimento superar os 95°c.
A circulação do fluído de arrefecimento dentro do motor e radiador é possibilitada pelo uso da válvula termos tática. Esta válvula está diretamente em contato com o fluído, e quando se encontra fechada, o fluído segue para um canal de retorno ao bloco do motor. Uma vez atingida à temperatura de abertura, o fluído tem passagem livre para o radiador.
Componentes – Sistema arrefecimento a água forçado:
Radiador;
Bomba de água;
Válvula termos tática;
Eletro-ventilador;
Câmara de água.
Propriedades do fluido de arrefecimento no sistema de arrefecimento a água – forçado:
Aditivo: A composição e as propriedades dos fluidos variam de acordo com as especificações de cada fabricante, mas, geralmente, são produtos à base de polímeros, etileno glicol e agentes anti-corrosivos. 
Vantagens do sistema de ar:
Torna mais simples o projeto e a construção do sistema;
É facilmente disponível e não requer reservatórios e tubulações fechadas para sua condução;
Não é corrosivo e não deixa incrustações;
Não se evapora e não se congela para as mais severas condições de funcionamento do motor.
Desvantagens do sistema de ar:
Baixa densidade, havendo necessidade de um volume muito maior de ar do que de água para retirar uma caloria do motor;
Baixo calor específico, isto é, baixa capacidade de transferir calor entre um sistema e sua vizinhança. 
Temperatura não é uniforme no motor e ocorre a formação de “pontos quentes”;
Não existe um dispositivo para controlar a temperatura do motor nas diversas rotações.
3.2. Passo 2.2
Quantidade de água e de ar necessárias para proporcionar a mesma refrigeração a um motor de automóvel:
Q= m.c.∆T m.cágua.∆T = m.car∆T m.água = c.água m.ar C.ar
c.água = 4.186 J\Kg.K = 4.186 J\Kg.K c.ar = 1.000J\Kg.K 
Portanto,
São necessários 4.186 J\Kg. K de ar para proporcionar a mesma refrigeração da água. 
3.3. Passo 3
3.3. Passo 3.1
Quando o líquido de arrefecimento é água, a faixa de temperatura usual está entre 75 °C e 90 °C, com o objetivo de evitar a vaporização do fluido. Com o uso de misturas água – etileno glicol essa faixa de temperaturas pode facilmente superar os 100 °C. Para sistemas pressurizados estes valores sobem.
O termômetro utilizado é o termostato, trata-se de uma válvula térmica do tipo NF(norma fechado). Quando o líquido de arrefecimento atingir uma temperatura pré-estabelecida pelo fabricante a mesma irá se abrir, permitindo a circulação do líquido e a troca de calor.
3.3. Passo 3.2
Quando se faz a regulagem da temperatura do fluido, o motor trabalha na sua temperatura normal e aumenta o rendimento do motor e consequentemente reduz o consumo de combustível. O motor do carro roda melhor numa temperatura média. Quando ele está frio, seus componentes se desgastam mais rapidamente, o motor é menos eficiente e emite mais poluente. Cabe aos sistemas de arrefecimento permitir que o motor se aqueça com a maior velocidade possível e, então, mantê-lo numa temperatura constante.
3.3. Passo 3.3
Temperatura máxima:
90°C = 363,15 K = 194°F
Temperatura Mínima:
85°C = 358,15 K = 185°F
3.3. Passo 3.4
A escala Celsius é a escala do Sistema Internacional de Medidas, sendo a mais utilizada. Países europeus, latino-americanos, asiáticos a utilizam, por exemplo. 
A escala Fahrenheit é utilizada por países como os E.U.A. e os do Reino Unido (Inglaterra e cia). 
A escala Kelvin é uma escala utilizada em ciências (química, física), principalmente em termodinâmica.
3.4. Passo 4
A gasolina possui um coeficiente de dilatação alto se comparado a outras substâncias (γ = 1,2 x 10-3 °C-1), onde você paga pelo volume abastecido e não pela massa de combustível, é mais vantajoso abastecer em um horário em que essa massa de gasolina ocupa o menor volume possível. 
A gasolina quanto mais fria, maior sua densidade (relação entre massa e volume), então, é melhor abastecer nessa situação. Como o processo de absorção de calor não é algo instantâneo, o combustível estará mais frio no início da manhã, pois passou a noite toda perdendo calor, enquanto no fim da noite, estará mais quente.
O melhor horário para abastecer o seu veículo, então, é no início da manhã, pois o combustível no tanque do posto estará mais frio. Como exemplo, um carro abastecido com 50 litros de gasolina a 20 °C, estacionado no sol durante todo o dia, no fim do dia a uma temperatura de 35 °C, terá o volume de gasolina aumentado em 0,9 litros.
4. ETAPA 2 - Primeira Lei da Termodinâmica.
4.1. Passo1
Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.
Analisando o princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica:
Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho  e aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:
Q = Calor inserido ou retirado do sistema
W = Trabalha realizado pelo sistema
E = Variação da energia interna
4.2. Passo 2
4.2. Passo 2.1
Condução:
Modo de transferência em sólidos e líquidos em repouso 
A intensidade é função do material e do gradiente de temperatura _ É o modo de transferência de calor no cabeçote, paredes do cilindro, pistão, bloco e coletores, onde:
q= fluxo de calor (W/m2) k = condutibilidade térmica (W/m/K) A = área transversal de transferência (m2) 
Convecção:
 Modo de transferência entre fluidos e uma superfície sólida;
A intensidade é função do fluido, do movimento relativo da diferença de temperaturas; _ No motor a convecção é forçada, em regime turbulento, pois existe bombeamento dos fluidos; _ Depende de relações empíricas específicas para cada tipo de escoamento e geometria; _ É o modo de transferência de calor entre os gases e líquidos e as paredes dos componentes do motor, onde: h = coeficiente de transferência de calor por convecção (W/m2/K) Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K) T= temperatura média do fluido (K) 
Radiação
 Modo de transferência entre corpos quentes e frios por meio de emissão e absorção de ondas eletromagnéticas; 
A intensidade é função da diferença de temperaturas;
Depende de parâmetros de forma, absorção e emissividade específicos para cada tipo material e geometria; 
É um modo secundário de transferência de calor entre os gases quentes durante a queima e as paredes do cilindro; É mais significativo em motores de ignição por compressão (ciclo Diesel) devido à presença de fuligem durante uma fase da queima do combustível no cilindro; Existe radiação térmica proveniente do coletor de escape, onde:
α= constante de Stefan-Boltzmann = 5,67x10-8 W/m2/K4 € = emissividade Ff = fator de forma Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K) Tg = temperatura média do fluido (K) 
4.2. Passo 2.2
 	A transferência de calor afeta a eficiência e o desempenho dos motores através dos seguintes parâmetros: Temperatura e pressão dos gases de combustão(afeta potência útil); Consumo específico de combustível; Troca de calor para os gases não queimados, o que limita a taxa de compressão; Aquecimento da válvula de exaustão, que interfere na eficiência volumétrica de admissão; Emissões de CO e HC queimados na exaustão; Temperatura dos gases de exaustão, que controla recuperadores e turbo compressores; Aquecimento do óleo, que gera atrito; Expansão térmica dos componentes (anéis, pistões, cilindros, etc.) carrega o sistema de resfriamento e seus acessórios; Temperatura máxima típica do gás queimado: 2200 ºC (2500 K).
 	Temperatura máxima do material da parede do cilindro: Ferro fundido 400 ºC (673 K). Lubrificante: 180 ºC (453 K). Ligas de alumínio: 300 ºC (573 K). Pico de fluxo de calor para as paredes do cilindro: 0,5 a 10 MW/ m².
4.3. Passo 3
A transferência de calor afeta o desempenho, a eficiência e as emissões dos motores através dos seguintes parâmetros: Temperatura e pressão dos gases de combustão(afeta potência útil); Consumo específico de combustível; Detonação (troca de calor para os gases não queimados) que limita a taxa de compressão;  Aquecimento da válvula de exaustão (afeta a eficiência volumétrica de admissão); Emissões de CO e HC queimados na exaustão; Temperatura dos gases de exaustão (EGT) que controla turbo compressores e recuperadores; Aquecimento do óleo (maior atrito);  Expansão térmica dos componentes (pistão, anéis, cilindro, cabeçote, etc.);  Carrega o sistema de resfriamento e seus acessórios; Temperatura máxima típica do gás queimado: 2200 ºC (2500 K)
Temperatura máxima do material da parede do cilindro: Ferro fundido 400 ºC (673 K) Ligas de alumínio 300 ºC (573 K) Lubrificante 180 ºC (453 K) Pico de fluxo de calor para as paredes do cilindro: 0,5 a 10 MW/m2 
4.4. Passo 4
Um carro popular normalmente possui uma potência de 70 hp = 52198,99 Watt e 1000 hp = 745699,87 
Watt para os esportivos.
A energia produzida pelo motor de um carro é usada para acelerá-lo, é gasta em atritos internos e também para “empurrar” o ar à sua frente. Este último efeito é bastante complexo, pois o tipo de movimento que o ar empurrado pelo carro fará depende da forma do carro e de sua velocidade. Entretanto, para velocidade típicas dos carros, a força que o carro deve fazer contra o ar, para deslocá-lo, é dada por
 
   
 
onde A é a área do carro quando visto de frente,  é a densidade do ar, v a velocidade do carro e C um fator que depende da “aerodinâmica” do carro. Esse termo é chamado de “coeficiente de arrasto” e, para carros, da ordem de 0,2 a 0,3. Os desenhistas de carros devem tomar cuidado com sua forma para evitar coeficientes de arrasto muito elevados.
         Como potência é a taxa temporal com que se realiza trabalho e trabalho é força vezes distância, então a potência necessária para atravessar o ar é o produto da pela velocidade:
 
   
Exemplo: Sandero p/ 40 km/h (11,1 m/s) a uma temperatura de 25°C:
P=(1/2)*0,2*1,184(kg/m3)*2,27(m2)*(11,1^3)(m/s)
P=368 W
Exemplo: Sandero p/ 80 km/h (11,1 m/s) a uma temperatura de 25°C:
P=(1/2)*0,2*1,184(kg/m3)*2,27(m2)*(11,1^3)(m/s)
P= 2941 W
5. Etapa 3 - Segunda Lei daTermodinâmica
5.1. Passo 1
5.1. Passo 1.1
A Segunda Lei da Termodinâmica está intrinsecamente relacionada a fenômenos do cotidiano tais como um gás em expansão, a geração de Calor pelo atrito ou um objeto quente esfriando ao ar livre No entanto, como mostra a literatura, alunos e professores nem sempre têm o real entendimento desta relação. Desta forma, este estudo tem como objetivo investigar como a Segunda Lei da Termodinâmica é entendida por professores de Ensino Médio, uma vez que estes são os responsáveis pelo ensino deste tópico e a maneira de entenderem essa lei reflete diretamente na maneira de ensiná-la. O estudo foi realizado por professores participantes do programa Pró-Ciências/ES durante o segundo semestre de 2001. Dessa forma, este Trabalho inicialmente apresentará, a descrição de algumas idéias sobre a Segunda Lei da Termodinâmica, uma breve revisão de literatura sobre este tema, seguido do relato do estudo realizado.
Conceituação da Segunda Lei:
O enunciado de Kelvin (1824-1907) – Plank (1858-1947) estabelece a assimetria entre Trabalho e Calor definindo que é impossível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar Calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em Trabalho ou seja nenhuma máquina converte Calor em Trabalho com eficiência total, alguma Energia é sempre perdida por dissipação para uma região de menor temperatura. O enunciado de Clausius da Segunda Lei da Termodinâmica mostra uma implicação na direção dos processos naturais: O Calor não pode nunca passar de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem que ocorram ao mesmo tempo mudanças associadas, pois o Calor em toda parte manifesta uma tendência em igualar diferenças de temperaturas ou seja o Calor sempre flui de objetos quentes em direção aos frios. Desta forma segue que a combinação da Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica mostra que embora a quantidade total de Energia tem de ser conservada em qualquer processo, a distribuição dessa Energia é alterada de uma maneira irreversível. Em outras palavras, a Primeira Lei nega a possibilidade de a Energia ser criada ou Página 2 de 2 destruída, enquanto que a Segunda Lei nega a possibilidade da Energia ser distribuída de qualquer maneira sem maiores conseqüências (Ferracioli 2001). 
O Conceito de Entropia:
A análise de alguns processos espontâneos tais como a expansão de um gás, aumento de temperatura de um corpo colocado em contato com outro de temperatura maior, concentração e diluição de uma solução ou deslizamento de um bloco sobre uma superfície com atrito, mostram que esses fenômenos ocorrem de forma espontânea sempre em um único sentido e nunca de forma contrária. Porque nunca observamos o processo inverso espontâneo em alguns fenômenos? O processo no sentido contrário de alguns fenômenos implicaria uma ordenação no movimento aleatório das moléculas, o que significaria a conversão da Energia Interna em Trabalho. Considerando o exemplo de um bloco que desliza em uma superfície com atrito, a Energia usada para aumentar a temperatura da superfície de contato no deslizamento do bloco seria recuperada de tal forma que à medida que a superfície alcança sua temperatura inicial, o bloco deveria se mover no sentido contrário, dirigindo-se a sua posição primitiva. Evidentemente isto não acontece na realidade (Aurani, 1986). Portanto, a partir do que foi descrito, pode-se explicitar que enquanto a Primeira Lei introduz Energia como propriedade do sistema, a qual determina quais os estados que um sistema pode atingir, a Segunda Lei também possui uma quantidade associada, a Entropia, uma grandeza definida de forma que seu valor nunca decresce, sendo relacionada ao fato de um estado ser espontaneamente acessível (Ferracioli 2001).
5.1. Passo 1.2
Figura 5: Diagrama Ciclo de Carnot
Fonte: Internet 
Ciclo de Carnot:
É um ciclo teórico constituído por duas transformações isotérmicas nas temperaturas T1 e T2, respectivamente das fontes quente e fria, alternadas com duas transformações adiabáticas.
AB: expansão isotérmica à temperatura T1 (fonte quente). Nesta transformação o gás recebe a quantidade de calor Q1. 
BC: é a expansão adiabática, na qual a temperatura diminui para T2 CD: compressão isotérmica à temperatura T2 (fonte fria). Nesta transformação o gás cede a quantidade de calor Q2 
DA: compressão adiabática na qual a temperatura aumenta para T1. O trabalho obtido por ciclo corresponde à área interna dele.
É possível, para esse experimento constatar que: Q1/T1 = Q2/T2; Assim como o rendimento pode ser descrito como η = 1 – (Q2/ Q2).
Então o ciclo de Carnot temos que o rendimento é função exclusiva das temperatura absolutas das fontes quentes e frias. η = 1 – (T2/ T1), este é o rendimento máximo de uma máquina térmica, e como nunca podemos ter T1 = 0 e | T1| > | T2| contatamos que uma máquina térmica jamais terá rendimento de 1 ou seja transformar todo o calor fornecido em trabalho.
Esse ciclo foi inicialmente proposto pelo físico e engenheiro militar Nicolas Léonard Sadi Carnot no ano de 1824. Ele pode ser representado por uma seqüência de transformações gasosas onde uma máquina térmica tem o seu rendimento máximo operando em ciclos, diante de duas fontes térmicas. Carnot mostrou que quanto maior a temperatura da fonte quente, maior seria seu rendimento para uma substância que se comportasse como um gás ideal.
     O ciclo de Carnot é constituído de duas transformações isotérmicas: uma para a temperatura T1 da fonte quente onde ocorre o processo de expansão e a outra temperatura T2referente a fonte fria onde ocorre o processo de compressão. Cada uma dessas transformações é intercalada com duas transformações adiabáticas.
  
Figura 6: Diagrama Ciclo de Carnot
Fonte: Internet
     Assim temos que os processos são:
Expansão isotérmica AB onde o gás retira energia térmica da fonte quente;
Expansão adiabática BC onde o gás não troca calor;
Compressão isotérmica CD onde o gás rejeita energia térmica para a fonte fria;
Compressão adiabática DA onde o gás não troca calor.
     As máquinas térmicas que utilizam esse tipo de ciclo são consideradas máquinas térmicas ideais. Isso acontece porque seu rendimento é o maior dentre as demais máquinas e chega próximo a 100%. O teorema de Carnot divide-se em duas partes:
A máquina de Carnot (todas aquelas que operam segundo o ciclo de Carnot) tem rendimento maior que qualquer outro tipo de máquina, operando entre as mesmas fontes (mesmas temperaturas);
Toda a máquina de Carnot tem o mesmo rendimento, desde que operem com as mesmas fontes (mesmas temperaturas).
     Em particular a este ciclo foi demonstrado que as quantidades de calor trocadas com as fontes são proporcionais às respectivas temperaturas absolutas:
Onde: 
T1 - Temperatura da fonte quente (K);
T2 - Temperatura da fonte fria (K);
Q1 - Energia térmica recebida da fonte quente (J);
Q2 - Energia térmica recebida da fonte fria (J).
Como, para uma máquina térmica o rendimento é dado por: 
E para uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot temos que:
O ciclo de Carnot não é utilizado em Automóveis
O ciclo de Carnot, proposto pelo engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, é considerado um ciclo termodinâmico ideal, representando apenas o funcionamento teórico de uma máquina. Este ciclo reversível é formado por duas transformações isotérmicas, que se alternam com duas transformações adiabáticas. Todas as trocas de calor são isotérmicas neste ciclo.
Até hoje ainda não foi possível desenvolver uma máquina de Carnot, ou seja, uma máquina que opere sob o ciclo de Carnot, uma vez que, seu rendimento corresponde ao máximo que uma máquina térmica pode atingir (próximo de 100%), operando entre determinadas temperaturas de fonte quente e fonte fria. Assim, para chegar próximo ao sistema isotérmico, um processo real desse ciclo teria que ser muito lento e isso inviabilizaria seu uso.
Por representar o ciclo mais básico da Termodinâmica, a máquina de Carnot é utilizada apenas como umcomparativo, que mostra se uma máquina térmica tem ou não um bom rendimento.
Ciclo de Otto
O ciclo de Otto idealiza o funcionamento de motores de combustão interna, que operam grande parte dos veículos automotores movidos a álcool, gasolina ou gás natural. Neste tipo de motor, o calor captado pelo ciclo é proveniente de uma reação de combustão, que acontece no interior do motor. Uma faísca provoca a ignição da combustão e com isso, os gases produzidos na reação são utilizados para realizar trabalho.
Assim como nenhum outro ciclo termodinâmico, o ciclo de Otto não é tão eficiente quanto o ciclo de Carnot, visto que sua eficiência depende diretamente das propriedades do fluido, como, por exemplo, o calor latente de evaporação e a energia interna.
5.2. Passo 2
Estudos de experimentos como o de Joule, por exemplo, que provou que o calor podia ser transformado em trabalho mecânico e vice-versa, mostraram que cada vez que ocorre a conversão, parte dessa energia se perde como calor inútil - para esse sistema - que se difunde no universo (podendo ser reaproveitada por outro sistema), isto é, enquanto a energia é transformada, é possível realizar um trabalho, mas uma parte dessa energia não é aproveitada, ocorrendo o que se chama de degradação de energia. 
Por exemplo, para colocarmos um automóvel em funcionamento, é preciso que haja combustível. Ao acionarmos a chave provocamos uma faísca que faz com que queime a gasolina e uma parte da energia química armazenada na gasolina é transformada em trabalho quando os gases provindos da queima empurram o pistão do motor, e uma parte da energia surge como energia radiante ou energia térmica que não é aproveitada.
É sobre esta degradação de energia que trata a Segunda Lei da Termodinâmica que pode ser enunciada da seguinte forma:
"É impossível transformar todo calor em trabalho".
O que está relacionado com o fato de que o calor não flui espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente.
A faísca é necessária, pois uma mistura comum de ar+combustível como a gasolina ou álcool não entra em combustão com a simples compressão à uma baixa temperatura.
É preciso que haja um processo para iniciar a combustão, e uma pequena faísca faz isso.
Nos carros a álcool temos o problema que à baixas temperaturas, mesmo comprimida a mistura ar+combustível não entra em combustão com a faísca, daí a dificuldade de partida desses veículos nestas condições.
Por esse motivo é que se injeta antes gasolina para que, tendo uma ignição mais fácil permita que o motor parta e depois disso, o álcool pode ser usado.
Uma vez que ocorra a ignição, o resultado é a formação de gases que se expandem rapidamente, exercendo sobre o pistão uma força que o faz se deslocar.
5.3. Passo 3 
Mecânico entrevistado: Edson Frota
Quais são as partes essenciais de um motor?
R: Cilindro, válvula de ignição, válvulas e pistão, anéis do pistão, biela, virabrequim, cárter.
Qual a diferença entre motor de “4 tempos” e de “2 tempos”?
R: Os motores dois tempos rotacionam em apenas duas rotações do pistão e que executam a admissão, a explosão e a exaustão enquanto os de quatro tempos precisa rotacionar quatro vezes para executar a mesma operação, razão pela qual os RPM`s das motos de motor dois tempos são sempre mais altos do que aquelas com motorização de quatro tempos.
O que é “taxa de compressão”?
R: A taxa de compressão é a relação entre o volume de mistura aspirada pelo pistão que está dentro do cilindro somado ao pequeno volume da câmara de combustão que será posteriormente comprimido no pequeno espaço da câmara de combustão no segundo tempo do motor. Na verdade, o índice resultante expressado na forma numérica, como exemplo, 10:1 ou 12:1 onde se lê dez para um ou doze para um deve ser entendido como um volume total que foi dividido em partes do valor igual o volume da câmara de combustão e essas divisões podem ser comprimidas em apenas uma parte que é o próprio espaço da câmara de combustão.
Quais as diferenças existentes entre os motores que funcionam a álcool, a gasolina e adiesel?
R: Entre o álcool e a gasolina, a diferença é pequena: Ambos trabalham no ciclo Otto e as diferença básicas são a taxa de compressão e a quantidade de combustível injetada. A explosão e provocada por faísca da vela. Tem carburadores ou injeção eletrônica para injetar combustível. (O álcool é mais barato mas consome mais que a gasolina, que é mais cara)
Já o motor Diesel, trabalha sob o ciclo diesel. Geralmente não tem velas e a explosão é por compressão, por isso necessitam de taxas de compressão bem mais altas, e por isso costumam ser bem maiores e mais pesados. Tem bicos injetores para injetar combustíveis. (mais barato que a gasolina e consome menos).
Qual o caminho feito pelo combustível?
R: Tanque de combustível  > Bomba > Cânister > Filtro > Regulador de pressão > Coletor de admissão > Carburador ou bicos injetores 
Quais as diferenças existentes entre refrigeração a ar e a água?
R: Refrigeração por meio do ar:
A refrigeração a ar é usada frequentemente em motos e automóveis pequenos. Na motocicleta é aproveitado o ar que produzem quando estão em movimento para resfriar as partes externas do motor. 
Motores que usam esse tipo de refrigeração são aqueles que possuem as alertas por fora dos cilindros. (os outros motores são lisos por fora).
Estas alertas absorvem o calor interno e o ar do vento faz o seu resfriamento constante. Geralmente os motores refrigerados à ar, são mais barulhentos.
Refrigeração por meio de água:
Na refrigeração por água, ela é usada para dispersar o calor do motor, pois ao circular entre os cilindros e as câmaras do interior do motor absorve o calor e seguindo para o radiador que fica à frente do motor é resfriada pelo vento e dispersa o calor no ar, voltando ao motor outra vez. Ao ficar circulando dentro e fora pelo radiador a água faz o resfriamento do motor.
Qual a função do carburador de um carro?
R:A sua função consiste em misturar homogeneamente uma determinada quantidade de combustível com outra de ar formando uma mistura gasosa e fornecendo uma proporção adequada desta mistura pulverizada ou atomizada a cada cilindro para sua combustão.
Qual a função do motor de arranque?
R: A Função do motor de arranque consiste em acionar o motor do veiculo até que tenham início as explosões e este possa funcionar por si mesmo.
5.4. Passo 4 
O turbo compressor fica ligada ao coletor de escape de um motor a explosão (ou motor a combustão interna), e aproveita a energia dos gases de escape gerados no motor para girar uma turbina conectada por meio de um eixo comum a um rotor o qual tem a função de bombear ar para os cilindros. Esse rotor é um compressor centrífugo, responsável por capturar o ar atmosférico e comprimi-lo na entrada da admissão ou do coletor de admissão do motor através de mangueiras ou tubulações de alta pressão.
Existem os seguintes tipos de turbo compressores: Axial turbo compressor, axial-flow turbo chargers, Fluxo Radial Turbo charger, Exhaust Gas Turbo charger 
6. Etapa 4 - Segunda Lei da Termodinâmica. Ciclo a Vapor.
6.1. Passo 1
Este é o funcionamento do ciclo Otto, combustão interna onde é formado por quatro tempos formando um ciclo de movimentos, a álcool ou a gasolina, este motor é um típico exemplo do distanciamento entre a prática e a teoria, ou entre a tecnologia e a ciência.
 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.
Figura 7: Detalhamento ciclo Otto combustão interna.
Fonte: internet.
Representação real do ciclo Otto através do diagrama p – v.
 
Figura 8: Diagrama do ciclo de Otto através de p - v.
Fonte: internet.
No diagrama temos as seguintesvariações:
A-B temos admissão ar combustível, onde ao longo do percurso do cilindro até o ponto morto inferior o volume é totalmente preenchido através da válvula de admissão do sistema que se fecha completando o 1° tempo.
B-C no percurso inferior – superior o pistão comprime a mistura entrando no processo adiabático aumentando a pressão do sistema e diminuído o volume na compressão de 8:1 ou conforme a taxa de compressão de cada motor, ao elevar a pressão do sistema o combustível tende a detonação, que se refere ao 2° tempo 
C-D nos mostra o processo isotérmico de calor onde ocorre a inflamação da mistura tendendo sua dilatação pela alta temperatura e pressão máxima do sistema.
D-E-F- explosão que é o processo adiabático de expansão, neste processo os gases da explosão se expande dando força mecânica ao conjunto pistão, biela, virabrequim aumentando drasticamente em velocidade de volume, preenchendo completamente o cilindro até o ponto morto inferior assim completando o 3° tempo.
B-A ocorre o processo de rejeição isométrica de calor, os gases de explosão são lançados fora do cilindro através da válvula de escape completando o 4° e ultimo tempo do ciclo Otto 
6.2. Passo 2
	Mostrar que o rendimento do ciclo para uma mistura de ar com vapor de
gasolina (tratada como gás ideal) é dado por: 
Através da seguinte equação verifica-se que quanto maior a taxa de compressão, melhor será o rendimento termodinâmico do motor. Isso é também explicado pela reação exotérmica da combustão; assim, quanto maior for à pressão e a temperatura da reação, mais rápida será a reação, aumentando a potência do motor. 
 
(η) Eficiência térmica (Ciclo Otto)
(k) Coeficiente adiabática da mistura
(rυ) Taxa de compressão
6.3. Passo 3
Portanto o rendimento para e , que são condições para compressão máxima permissível para evitar pré-ignição é de 60,18%.
7. Conclusão:
A relação entre o estudo da se a forma de inúmeras ideias, transformando energia térmica em potências mecânicas. Com relação ao motor de ciclo Otto a tecnologia existentes nos dias atuais melhoram o desempenho dos motores, usando os componentes programados eletronicamente, mas a base de tudo desde o inicio é a termodinâmica sem o desenvolvimento dela por nossos cientistas através de suas pesquisas e desenvolvimentos de projetos de maquinas a vapor hoje não existiria os motores, turbinas, refrigeradores etc.
 Contudo afirmamos que o desenvolvimento do trabalho acadêmico colabora ao aprendizado do sistema, desde a primeira lei termodinâmica até sua designação dos dias atuais envolvendo as tecnologias usadas em automóveis também em turbinas a vapor de grandes dimensões que são usadas em termoelétrica.
8. Referencias Bibliográfica:
<http://coral.ufsm.br/gef/Calor/calor24.pdf>
Acesso em 10/09/2015
<http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/motor.htm>
Acesso em 10/09/2015
<http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros.htm>
Acesso em 10/09/2015
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/2leidatermodinamica.php>
Acesso em 10/09/2015
<http://www.infomotor.com.br/site/2009/03/principio-de-funcionamento-do-motor-a-combustao-interna-ciclo-otto/>
Acesso em 10/09/2015
<http://carros.hsw.uol.com.br/sistemas-de-arrefecimento-dos-carros.htm>
Acesso em 10/09/2015
<http://conceito.de/termodinamica>
Acesso em 10/09/2015
<http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/motores4t_etapas.htm>
Acesso em 10/09/2015
VAN WYLEN, Gordon J.; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da Termodinâmica Clássica.
Tradução da 6. ed. 3ª Reimpressão. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 2008.
<http://www.lete.poli.usp.br/PME2340_files/ciclosMotoresVapor.pdf>
Acesso em 10/09/2015