Atps termodinamica

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FACULDADE DE CASCAVEL
Atividade Prática Supervisionada
Termodinâmica
Cascavel
2017
FACULDADE DE CASCAVEL
 Danieli Axionov RA: 8495109033
Atividade Prática Supervisionada
Termodinâmica 
Trabalho apresentado ao docente Emanuel Biasi Anzorena da disciplina Termodinâmica da turma de 4° ano, 7ª fase, do curso de Engenharia de Produção.
Cascavel
2017
Introdução
 A atividade prática supervisionada proposta, traz como principal objetivo aperfeiçoar o aprendizado através da utilização dos conhecimentos obtidos em sala de aula, fazendo a junção entre a parte teórica e a prática. Neste caso o estudo é direcionado ao motor Stirling, onde o mesmo é uma maquina térmica com o funcionamento de ciclo termodinâmico. Além disso, temos um desafio o qual é construir um motor de Stirling caseiro.
Acredito que ao término desta atividade estarei apta a resolver qualquer outro projeto relacionado aos processos termodinâmicos , contribuindo então para o autodesenvolvimento e as experiências de faculdade.
ETAPA 1:
 Definições e Conceitos Fundamentais. Substâncias Puras e Propriedades.
 Esta atividade é importante para você compreender os fenômenos associados aos conceitos de temperatura e calor, e também para descrever um sistema termodinâmico.
 Para realiza- la, devem ser seguidos os passos descritos.
Passo 1
Pesquisar qual é o tipo de substância mais utilizado como combustível no motor de Stirling e quais as suas propriedades.
C2H6O2/Água 70/30 C2H6O2/Água
Passo 2
Pesquisar porque esse motor é chamado de multi-combustível.
 É também um motor multi-combustível, pois pode utilizar quase todas as fontes energéticas conhecidas, desde gasolina, etanol, metanol, gás natural, óleo diesel, biogás, GLP, energia solar, até calor geotérmico e outros.
Passo 3
Verificar qual a faixa de temperatura em que geralmente o líquido de arrefecimento apresenta no Ciclo de Stirling, e o tipo de termômetro utilizado para fazer essa medição da temperatura.
 Esse ciclo termodinâmico consiste de quatro processos internamente reversíveis em série: consiste em uma expansão isotérmica (processo AB), seguido de resfriamento a volume constante (processo BC), uma compressão isotérmica (processo CD) e um aquecimento a volume constante (processo DA).
 O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etileno glicol, (1, 2 etanodiol), álcool de fórmula HO-CH2CH2-OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9ºC, e a de ebulição é de 197,3ºC.A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33ºC, e a de ebulição, superior a 160ºC. Para medir a temperatura e utilizado um Sensor temperatura líquido de arrefecimento que informa à central a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois identifica a temperatura do motor. Nos momentos mais frios o motor necessita de mais combustível.
Passo 4 
Justificar o porquê esse ciclo é o mais adequado para temperaturas muitos baixas.
 Pelo fato do motor Stirling apresentar uma rotação muito baixa se comparada aos outros motores.
ETAPA 2
Primeira Lei da Termodinâmica.
 Esta atividade é importante para você compreender a primeira Lei da Termodinâmica como Principio da Conservação de energia nas transformações ou processos termodinâmicos, reconhecendo o calor como uma forma de energia.
 Para realiza- la, devem ser seguidos os passos descritos.
Passo 1
Pesquisar em livros da área a Primeira Lei da Termodinâmica, descrevendo a equação matemática que representa essa lei.
 A primeira lei da termodinâmica consiste no princípio da conservação de energia e pode ser aplicado em qualquer processo em que o sistema troca energia com o meio externo na forma de calor e trabalho. Quando fornecemos a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada de duas maneiras:
 1°- Uma parte da energia pode ser usada para o sistema realizar um trabalho (W), expandindo-se ou contraindo-se, ou também pode acontecer de o sistema não alterar seu volume ( Transformação Isométrica, t = 0); 
 2°- A outra parte pode ser absorvida pelo sistema, vir ando energia interna, ou seja, essa outra parte de energia é igual à variação de energia ( ΔU) do sistema. Se a variação de energia for zero (Transformação Isotérmica ΔU = 0) o sistema utilizou toda a energia em forma de trabalho. ΔU= Q – W.
 Assim temos enunciada a primeira lei da termodinâmica: a variação de energia interna ΔU de um sistema é igual à diferença entre o calor Q trocado com o meio externo e o trabalho W por ele realizado durante uma transformação. Aplicando a lei de conservação da energia, temos seguinte equação: 
Equação: (ΔU= Q – W à Q = ΔU + W) 
Q - Quantidade de calor trocado com o meio: Q > 0 a o sistema recebe calor; Q < 0 a o sistema perde calor. 
ΔU - Variação da energia interna do gás: ΔU > 0 à a energia interna aumenta, portanto, sua temperatura aumenta; ΔU < 0 à a energia interna diminui, portanto, sua temperatura diminui. 
W - Energia que o gás troca com o meio sob a forma de trabalho: W > 0 a o gás fornece energia ao meio, portanto, o volume aumenta; W < 0 à o gás recebe energia do meio, portanto, o volume diminui. 
Passo 2
Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, os modos de transferência de calor que ocorrem nos sistemas de motores de Stirling, as equações envolvidas e o significado de cada termo, e como esses modos afetam o desempenho do motor.
 Todo o calor obtido de uma fonte externa é fornecido isotermicamente à temperatura TH. Calor é rejeitado i sotermicamente à temperatura TL para um recipiente ou depósito. Os dois processos de volume constante, 2-3 e 4-1, são realizados por transferência interna de calor, Q2-3 = - Q4-1. Essa transferência interna de calor é particularmente significante porque a transferência externa de calor é efetuada unicamente nos dois processos isotérmicos nas temperaturas altas e baixas do ciclo. A eficiência teórica do ciclo de Stirling é consequentemente igual a eficiência térmica do ciclo de Carnot para valores de temperaturas TH e TL.
Passo 3
Relacionar os modos de transferência citados na etapa anterior às propriedades dos materiais que compõem o motor de Stirling.
 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 
Passo 4
Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, como ocorre o desperdício na forma de calor nesse tipo de motor, e quais as novas tecnologias que procuram evitar os tipos de desperdício citado.
 Uma descrição detalhada da distribuição da energia no motor a combustão interna é apresentada por Heywood (1988), mostrando a transformação da energia química do combustível nos diferentes processos de transferência de calor e de realização detrabalho. Pode-se apreciar que somente uma parte do total da energia da combustão é transferida diretamente ao eixo. Aproximadamente 75% da energia do combustível são perdidos, sendo os restantes aproveitados na forma de trabalho (Bohacz, 2007).
 Gerando energia a partir do calor: agora cientistas das universidades do Oregon, Estados Unidos, e do Conselho de Pesquisas da Austrália, trabalhando conjuntamente, descobriram não apenas como recuperar essa energia perdida pelos motores a combustão, mas também como retirar energia das fontes geotérmicas, uma forma de geração de energia limpa e renovável disponível em áreas vulcânicas. Os cientistas criaram um novo tipo de material termoelétrico - ou material termo gerador, capaz de converter calor em energia elétrica - utilizando nano fios. "[...] dispositivos termoelétricos nano estruturados poderão ser práticos para aplicações como a recuperação do calor perdido nos motores de automóveis, resfriadores construídos diretamente dentro dos chips e refrigeradores domésticos mais compactos e silenciosos," explica Heiner Linke, um dos pesquisadores. Ele e seu colega Tammy Humphrey descobriram que dois objetos podem ter diferentes temperaturas e ainda assim manterem o equilíbrio mútuo em nano escala. Esse é um fenômeno crucial para que se possa atingir o desempenho necessário para o uso prático dos materiais termoelétricos na geração de energia elétrica e na refrigeração. 
 Materiais termoelétricos: Imagine uma xícara de café sobre uma mesa: o café irá esfriar gradualmente porque as moléculas na xícara transferirão automaticamente o calor do café para a mesa, até atingir o equilíbrio térmico. Esse fenômeno é explicado pelas leis da termodinâmica: o calor irá sempre fluir do mais quente para o mais frio. O problema é que a energia gasta pelos elétrons para fazer essa transferência é simplesmente perdida. Os materiais termoelétricos tentam recuperar essa energia convertendo-a em eletricidade. Mas eles não funcionam muito se o fluxo de calor for descontrolado. A descoberta feita por Humphrey e Linke envolve justamente o controle do movimento dos elétrons, utilizando materiais que são estruturados em nano escala. Eles demonstraram que, se uma tensão elétrica for aplicada a um sistema elétrico que tiver uma diferença de temperatura, é possível controlar elétrons que tenham uma energia específica. Isto significa que, se o material nano estruturado for projetado para permitir apenas o fluxo desse tipo de elétron, atinge-se um novo tipo de equilíbrio, no qual os elétrons não migram espontaneamente do quente para o frio. Como o sistema não ficará verdadeiramente em equilíbrio, o fluxo de elétrons pode ser revertido, permitindo que um equipamento funcione na eficiência máxima possível. Para os motores de carro, essa eficiência máxima teoria é conhecida como limite de Carnot. Os pesquisadores acreditam que a tecnologia atual já possibilite que seus materiais nano estruturados criem equipamentos que atinjam 50% do limite de Carnot. Os mais eficientes materiais termoelétricos conhecidos hoje atingem apenas 15% desse limite. O trabalho foi apresentado neste último dia 5 de Abril, na Conferência de Dispositivos em Nano escala e Integração de Sistemas, realizada em Houston, nos Estados Unidos. 
BIBLIOGRAFIA
http://thestirlingengine.blogspot.com.br/
http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2008/RenatoP-Llagostera_RF2.pdf
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/940/1/CT_COMET_2012_2_08.pdf
slideplayer.com.br/slide/362870
http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/stirling/stirling.htm
http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclo_stirling.htm