Pesquisa dos Clclos Termodinamicos

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PESQUISA DE GERAÇÃO DE VAPOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nomes: 
David Rodrigues; 
 Izaque de Jesus Afonso; 
 Thales Montanari Gonçalves; 
 Christian Junqueira Cirino Costa. 
 
Curso: Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
CICLOS TERMODINAMICOS 
 
O que é o ciclo de Carnot? 
Criado pelo engenheiro francês Nicolas Leonard Sadi Carnot, esse ciclo 
consiste num modelo ideal de funcionamento das maquinas térmicas que 
produzem trabalho útil através da troca de calor entre dois reservatórios, sendo 
um frio e outro quente. O ciclo de Carnot é formado por quatro processos 
sendo dois adiabáticos e reversíveis e dois isotérmicos reversíveis. 
 
 
 
 
No primeiro processo, o gás é expandido de forma isotérmica e absorve calor 
da fonte quente à temperatura T1. Em seguida o fluido sofre um aumento de 
temperatura de T1 para T2 sem trocar calor com o ambiente, sendo expandido 
novamente. Após isso o gás sofre uma compressão isotérmica e perde calor 
para a fonte fria estando ainda na temperatura T2. E finalmente, o gás sofre 
compressão adiabática e reinicia o ciclo novamente. 
Vantagens 
O ciclo de Carnot apresenta o máximo de rendimento possível em teoria. Seus 
princípios são baseados na suposição de ausência de perdas de energia por 
atrito e por desperdício. 
Desvantagens 
Embora seja uma idealização da máquina térmica perfeita, o ciclo de Carnot 
afirma que nenhuma máquina pode ter rendimento igual a 100%, ou seja, é 
impossível que todo o fluxo de calor seja completamente convertido em 
trabalho útil. Dessa forma, enquanto parte do calor é usada para gerar fluxo de 
trabalho, outra parte é rejeitada. O rendimento desse ciclo consiste na 
quantidade de calor que é convertida em trabalho. Assim o cálculo do 
rendimento é feito da seguinte forma: 
η = 
W´ 
Q`
 ou η = 1- 
T1
T2
 
Uma outra desvantagem do ciclo de Carnot é que as duas transformações 
isotérmicas são extremamente lentas enquanto as duas transformações 
adiabáticas são extremamente rápidas, tornando esse ciclo impraticável em 
maquinas reais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O que é o ciclo Otto? 
A fagulha faísca elétrica é fabricada pela vela de ignição. O combustível resulta 
de uma mistura com o ar fora da câmara de combustão. Diferentemente dos 
demais motores, os do ciclo Otto de quatro tempos admitem mistura de ar e 
combustível. 
O motor a explosão faz uso da gasolina como combustível, realizando a 
queima de uma mistura de vapor de gasolina e ar dentro de um cilindro. Por 
esta razão, é também conhecido por motor de combustão interna. Quando a 
mistura de ar com combustível queima forma-se gases quentes. 
Os quatro tempos do ciclo Otto 
O ciclo de quatro etapas definido por Otto na sua versão mais completa é 
habitualmente abreviada como admissão, compressão, expansão (ou 
combustão) e exaustão (ou escape). 
Primeiro tempo - Admissão 
Na primeira fase do ciclo, a válvula de admissão (entrada) está aberta, 
enquanto a válvula de escape (saída) permanece fechada. O pistão se 
move de forma a aumentar o volume da câmara de combustão, sendo que a 
mistura de combustível com o ar dá entrada no cilindro sob pressão 
praticamente constante. Daí que se diga que na fase de admissão ocorre uma 
transformação isobárica, isto é, uma transformação sob pressão constante. 
Segundo tempo - Compressão 
Neste segundo momento, as válvulas de admissão e de escape estão fechadas 
e o pistão realiza um movimento rápido, comprimindo a mistura ar-combustível. 
Essa ação leva a que ocorra um aumento de pressão e, consequente e 
simultaneamente, uma diminuição do volume da mistura. No fim dessa etapa, a 
pressão do sistema é cerca de nove vezes superior à pressão atmosférica. 
Terceiro tempo - Explosão/Combustão 
Na terceira etapa do ciclo Otto, as válvulas de admissão e escape continuam 
fechadas, enquanto o pistão sobe e a vela solta uma faísca, o que provoca a 
combustão da mistura. Por meio deste processo de queima, é obtida uma 
enorme quantidade de energia térmica, sendo parte dessa energia convertida 
num movimento mecânico. Graças a este fornecimento de calor, a pressão do 
sistema vai aumentar, forçando violentamente o pistão a fazer um movimento 
descendente, de modo a aumentar o volume do cilindro. 
https://fir-fixed-middle.blogs.rockstage.io/saiba-quais-sao-os-5-maiores-problemas-em-carros-nas-estradas/
Quarto tempo - Exaustão 
Neste momento final, na altura em que o pistão chega à posição de maior 
volume do cilindro, a válvula de escape se abre, mas a de admissão 
permanece fechada, o que faz com que o gás quente seja expulso da câmara 
de combustão, arrefecendo assim todo o sistema. Depois de acontecer esse 
arrefecimento, o pistão volta a subir, diminuindo o volume da câmara de 
combustão e expulsando os gases da queima, os quais serão libertados pelo 
sistema de escape. Logo que os gases são expulsos, o motor retorna à sua 
condição inicial, permitindo que o ciclo se reinicie. 
 
Vantagens e Desvantagens 
Vantagens: 
 Arranque rápido 
 Trabalho em rotações relativamente baixas 
 Fácil manutenção 
 Tamanho pequeno 
Desvantagens: 
 Limitação de potência 
 Elevado número de peças 
 Baixa eficiência 
 Não utiliza combustíveis sólidos 
 Peso elevado para potência 
 
 
 
 
O que é o ciclo Diesel? 
 O ciclo de diesel é essencialmente caracterizado pela combustão ser causada 
pela compressão da admissão apenas do ar injetando-se o combustível nos 
momentos finais da compressão diferente do ciclo Otto onde se já admite ar mais 
combustível na parte da admissão e precisa- se de uma centelha dentro do 
cilindro do motor para que ocorra a queima da mistura ar e combustível. O ar é 
admitido pela câmara no primeiro ciclo entrando na câmara, este ciclo é 
chamado de admissão. No segundo ciclo chamado de compressão, o pistão faz 
a compressão dessa massa de ar e quase ao final da compressão, injeta-se 
combustível sob pressão no interior da câmara e com as altas temperatura e 
pressão no interior da câmara, a mistura acaba se auto inflamando e com isso 
ocorre a explosão ao final do ciclo. A expansão do gás vindo da explosão 
expande-se originando o terceiro ciclo que também pode ser chamada de 
Explosão. Finalmente no último ciclo que se chama Exaustão os gases de 
resíduos da combustão são liberados pelas válvulas e com reinicia-se o 
processo. 
 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. Outra 
característica interessante é a de que o diesel tem cadeias de carbono mais 
longas do que a gasolina, enquanto o diesel tem moléculas tipo C14H30, a 
gasolina possui C9H20. Esse é um dos fatores que contribui para o preço do 
óleo diesel ser mais barato de se produzir, já que ele necessita menor refino do 
petróleo que a gasolina. Finalmente a densidade energética do diesel é maior. 
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. 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. 
Vantagens: 
 Baixo consumo de combustível: os carros a diesel são mais 
econômicos. 
 Capacidade para acelerações mais fortes: sem elevar os gastos de 
combustível. 
 Ignição por compressão: não precisa de vela de ignição, o que permite 
alcançar taxas de compressão mais altas que os motores a gasolina, além 
de serem turbinados e possuir injeção direta de combustível. 
 Maior durabilidade: o motor a diesel é mais robusto e, portanto, dura 
mais tempo e evita idas frequentes a oficinasmecânicas. 
 Menos poluição: os filtros e catalisadores de carros a diesel modernos 
são mais avançados e conseguem neutralizar a maior parte dos gases 
poluentes. 
 
Desvantagens: 
 Maior custo de aquisição: os carros a diesel são mais caros por causa 
do nível de tecnologia utilizado. 
 Maior vibração: carros a diesel vibram mais, mas já existem medidas 
para atenuar esta característica, como através de calibragens especiais 
e materiais abafadores e isolantes. 
 Além das outras desvantagens já citadas que o ciclo Otto possui. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O que é o ciclo Rankine? 
 O ciclo de Rankine é um ciclo termodinâmico reversível, que funciona 
transformando calor em trabalho. Ele é composto por duas transformações 
isentrópicas e duas transformações isobáricas. É base de qualquer motor a 
vapor. 
No ciclo de Rankine, existem 4 processos termodinâmicos: 
 
4-1: O fluido é bombeado de uma pressão baixa para uma pressão alta. 
1-2: O fluido entra numa caldeira e é aquecido em pressão constante até virar 
vapor superaquecido. 
2-3: O vapor superaquecido é expandido através de uma turbina para gerar 
trabalho. 
3-4: O vapor entra num condensador e é resfriado em pressão constante até 
virar liquido saturado. Retorna até a bomba e o ciclo se repete. 
VANTAGENS: 
 Vapor superaquecido possui uma temperatura mais elevada que o vapor 
saturado. 
 Ao condensar, o título é maior no superaquecimento, então possui 
menos liquido na saída da turbina, o que melhora sua eficiência. 
DESVANTAGENS: 
 O fluido pode se deteriorar em elevadas temperaturas. 
 A estabilidade do sistema é mais difícil de ser alcançada.