atps termodinâmica - engenharia mecânica
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8/10/2019 ATPS Termodinmica - Engenharia Mecnica
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ENGENHARIA MECNICA
DIEGO ROBERTO DE CARAVALHO RA: 5212967599 5 fase
JEER!ON L"I! DO! !ANTO! RA: #7$959%79% 6 fase
CHARLE! ROBERTO BERG RA: #7$96##5$6 6 fase
&EDRO ROGERIO BRITO LOBO RA 5295126%$2 5 fase
ALE!OM DO"GLA! 'DEB!(I RA 5212967$$6 5 fase
ABIO ALVINO DE REITA! RA 567$1#%277 5 fase
&ROE!!OR: J"!CELINO !HIND!I !A(AI
DI!CI&LINA:
TERMODINMICA A&LICADA
JARAG"A DO !"L
2014
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ndice
Introduo..............................................................................................................................03
Desafo eObjetivo............................................................................................................
......04ETAPA
1..................................................................................................................................05
ETAPA1.......................................................................................................................
...........06ETAPA
1..................................................................................................................................0
ETAPA1..................................................................................................................................0!
ETAPA".......................................................................................................................
...........0#ETAPA
"..................................................................................................................................10
ETAPA".......................................................................................................................
...........11
ETAPA".......................................................................................................................
...........1"ETAPA
"..................................................................................................................................13
ETAPA".......................................................................................................................
...........14ETAPA
3.......................................................................................................................
...........15ETAPA3.......................................................................................................................
...........16ETAPA
3..................................................................................................................................1 ETAPA
3..................................................................................................................................1! ETAPA
3..................................................................................................................................1#
ETAPA
3.................................................................................................................................."0
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ETAPA3.......................................................................................................................
..........."1ETAPA
4..................................................................................................................................""
ETAPA4.......................................................................................................................
..........."3ETAPA
4.................................................................................................................................."4
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..........."5ETAPA
4.......................................................................................................................
..........."6ETAPA4.......................................................................................................................
..........."$ib%io&rafa.......................................................................................................
......................15
Introduo
Seguindo nas definies e conceitos fundamentais da termodinmica,
desenvolvemos as etapas desta atividade prtica voltado ao estudo do funcionamento domotor de um veculo a partir dos seus processos termodinmicos.
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Desaf)*
Muinas !"rmicas s#o utili$adas para reali$ar tra%al&o ao rece%erem calor '
por e(emplo, tur%inas e motores. )s motores de autom*veis s#o os mais con&ecidos e
estudados uando se trata de ciclos termodinmicos. +sses motores de e(plos#o s#o
compostos %asicamente de um cilindro, vlvula de admiss#o, vlvula de escape e uma
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vela de igni#o e, como outras muinas t"rmicas, operam de forma cclica, voltando ao
seu estado inicial antes de iniciar outro ciclo.
O+,e-).* /* /esaf)*) desafio " promover o estudo do funcionamento do motor de um veculo. +ste
desafio " importante para ue o aluno aduira uma s*lida %ase conceitual dos processos
termodinmicos, capacitandoo a aplicar a teoria estudada em sala de aula para o
desenvolvimento de ualuer outro pro-eto relacionado ao mesmo assunto.
ETAPA 1
A0a-e3a: efini#o e /onceitos undamentais. Su%stncias uras e
ropriedades.
&ass* 1
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&es40)sa e3 ).*s /a ea a /ef))8* /a aa.a -e3*/);3))
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Gosep& NlacO1I2L1I5 fluido impondervel c&amado Dcal*ricoE, calor latente!W, e ;!X.
6 escalaFahrenheitfoi utili$ada principalmente pelos pases ue foram
coloni$ados pelos %ritnicos, mas seu uso atualmente se restringe a poucos pases de
lngua inglesa, como os +stados Cnidos ) Oelvin sm%olo8 Y5 " o nome da unidade de
%ase do Sistema >nternacional de Cnidades S>5 para a grande$a temperatura
termodinmica. ) Oelvin " a fra#o1
273,16 da temperatura termodinmica do ponto
triplo da gua.
&ass*
C*3aa *
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&ass* 1
&es40)sa e3 ).*s /a ea a &)3e)a Le) /a Te3*/);3)sot"rmica \C Z 05 o sistema
utili$ou toda a energia em forma de tra%al&o. K" 6ssim temos enunciada a
primeira lei da termodinmica8 a varia#o de energia interna \C de um sistema " igual a
diferena entre o calor trocado com o meio e(terno e o tra%al&o por ele reali$ado
durante uma transforma#o. 6plicando a lei de conserva#o da energia, temos seguinte
eua#o8
E40a8*: K" F K"
Buantidade de calor trocado com o meio8 P $Q o sistema rece%e calor)
H Z . S
H Z 00.0,0245.10000
H Z 120(10G
+cin Zm.v
2
+cin Z500 .22 ,22
2
+cin Z ,.10
+cin perdida Z +cin ? H
+perdida Z ,(10 120(10
+perdida Z KKK( 106
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6C!)MW+: 7;6+
H Z . S
H Z 2000.0,0245.10000
H Z 4L0(10G
+cin Zm.v
2
+cin Z2000 .22 ,22
2
+cin Z 22,22.10
+cin perdida Z +cin ? H
+perdida Z 22,22(10 4L0(10
+perdida Z 4I,IL(10
ETAPA 3
A0a-e3a: Segunda :ei da !ermodinmica
&ass*1
1 &es40)sa e3 ).*s /a ea *s /).es*s e00/a Le)
/a Te3*/);3)
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DX impossvel remover energia t"rmica de um sistema a uma certa temperatura e
converter essa energia integralmente em tra%al&o mecnico sem ue &a-a uma
modifica#o no sistema ou em suas vi$in&anas.E +nunciado de Yelvin5.
D#o & nen&um processo onde o nico efeito de energia t"rmica se-a o detransferir energia de um corpo frio para outro uente.E +nunciado de /lausius5.
DX impossvel ue uma muina t"rmica, operando em ciclos, ten&a como nico
efeito a e(tra#o de calor de um reservat*rio e a e(ecu#o de tra%al&o integral dessa
uantidade de energia.E +nunciado de YelvinlancO5.
2 Reese-a * /)a>a3a /e C)
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X um ciclo te*rico constitudo por duas transformaes isot"rmicas nastemperaturas !1 e !2, respectivamente das fontes uente e fria, alternadas com duas
transformaes adia%ticas.
AB8 e(pans#o isot"rmica Q temperatura !1 fonte uente5. esta transforma#o o gs
rece%e a uantidade de calor B1.
BC8 " a e(pans#o adia%tica, na ual a temperatura diminui para !2 /8 compress#oisot"rmica Q temperatura !2 fonte fria5. esta transforma#o o gs cede a uantidade
de calor B2DA8 compress#o adia%tica na ual a temperatura aumenta para !1. ) tra%al&o o%tido
por ciclo corresponde Q rea interna dele.
&ass* 2
E)0/a Le) /a Te3*/);3)
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1P Admisso8 ) pist#o desce enuanto aspira uma mistura gasosa de ar e com%ustvel
ue pode ser gasolina, gs ou lcool, ue entra no cilindro atrav"s da vlvula de
admiss#o os motores a diesel admitem apenas ar5. urante esse tempo a vlvula de
escape permanece fec&ada para ue a mistura n#o saia. 6 press#o m(ima atingida "
menor ue 1 atmosfera, mantendose constante processo iso%rico5 e a temperatura fica
entre J40 e 400Y.
2P Compresso8 6 vlvula de admiss#o se fec&a enuanto o pist#o se move para cima,
devido a in"rcia do vira%reuim, comprimindo a mistura gasosa. esse tempo, al"m do
aumento de press#o ue fica entre L e 1 atm., & um aumento de temperatura ue fica
entre K00 e I0Y, por"m " um processo adia%tico, pois n#o & transfer3ncia de calor
nem para fora nem para dentro da mistura.
JP Exploso e Expanso8 Buando ocorre a m(ima compress#o uma centel&a el"trica
na vela de igni#o provoca uma e(plos#o ue causa um aumento de temperatura, de
2J00 a 2I00Y, nos gases resultantes e um aumento de press#o ue fica entre J0 e 0
atm, no interior do cilindro, resultando na e(pans#o da mistura gasosa. !am%"m " um
processo adia%tico.
4P Escapamento8 o final da e(pans#o a temperatura fica na fai(a de 00 a 1100 Y e apress#o fica na fai(a de 4 a K atm. 6%rese ent#o a vlvula de escape e praticamente sem
variar o volume, o gs ue se encontra no interior do cilindro escapa para a atmosfera,
redu$indose a press#o a 1 atm. 6 seguir, ainda com a vlvula a%erta, o pist#o so%e,
retomando o volume mnimo, e(pulsando uase todo o gs restante para a atmosfera.
6ssim se completou o ciclo, pois o volume e a press#o no interior do cilindro voltaram
aos seus valores no incio. +nt#o, a vlvula de admiss#o novamente se a%re, reiniciando
se um novo ciclo.
Cm %om desempen&o do motor se deve, entre outras coisas, ao instante em ue a
fasca " solta8 o pist#o deve estar em fase de compress#o e pr*(imo Q posi#o de menor
volume do cilindro, pois, nessa situa#o, o aproveitamento da energia li%erada na
e(plos#o, para a reali$a#o de tra%al&o, " m(imo. esse caso, di$se ue o motor est
Dno pontoE.
um motor adiantado, a fasca provoca a e(plos#o da mistura de ar e
com%ustvel antes do DpontoE. esse modo, o movimento de su%ida do pist#o "
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parcialmente freado, resultando numa perda de pot3ncia. um Dmotor atrasadoE, a
fasca provoca a e(plos#o ap*s o ponto de maior compress#o. esse caso, parte do calor
ue seria utili$ado para reali$ar tra%al&o " DperdidaE, uma ve$ ue na descida do pist#o
- ocorre o escape dos gases produ$idos na com%ust#o, o ue resulta tam%"m numa
perda de pot3ncia.
&ass* #
E-e.)s-a 03 3e
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+ntre o lcool e a gasolina, a diferena " peuena8 6m%os tra%al&am no ciclo
)tto e as diferenas %sicas s#o a ta(a de compress#o e a uantidade de com%ustvel
in-etada. 6 e(plos#o e provocada por fasca da vela. !em car%uradores ou in-e#o
eletrnica para in-etar com%ustvel. ) lcool " mais %arato, mas consome mais ue a
gasolina, ue " mais cara5. G o motor iesel, tra%al&a so% o ciclo diesel. 7eralmente
n#o tem velas e a e(plos#o " por compress#o, por isso necessitam de ta(as de
compress#o %em mais altas, e por isso costumam ser %em maiores e mais pesados. !em
%icos in-etores para in-etar com%ustveis. mais %arato ue a gasolina e consome menos5
5 0a * ea8* a a e a >0aY
;efrigera#o a 6r, uma grande ventoin&a, acionada pela rota#o do motor,
mant"m o ar em circula#o atrav"s das aletas. 6s motos e tam%"m alguns autom*veis
n#o possuem ventoin&a, os motores s#o e(ternos e dispem de aletas ue aumentam a
superfcie de troca de calor. ;efrigera#o a Rgua, o %loco " permeado por canais. 6
gua retirada da parte inferior do radiador, " %om%eada para dentro do %loco, onde
circula ao redor de cilindros e atrav"s da -unta do ca%eote, passando ao lado dascmaras de com%ust#o. +sse sistema possui uma vlvula termosttica, ue se mantem
fec&ada enuanto o motor esta frio e ue se a%re uando a gua atinge uma
determinada temperatura, dei(andoa a fluir atrav"s uma mangueira ue a leva de volta
Q parte superior do radiador.
7 0a a f08* /*
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%. 0a a f08* /* 3*-* /e aa40eY
ar um impulso ue vence a in"rcia do motor dando inicio ao ciclo.
&ass*
&es40)sa *s -)*s /e -0+*
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compressor inclui um par de rotores radiais, ligados num s* ei(o, ue funcionam como
tur%ina e compressor.
) tur%ocompressor fica ligado ao coletor de escape de um motor a e(plos#o ou
motor a com%ust#o interna5, e aproveita a energia dos gases de escape gerados no motorpara girar uma tur%ina conectada por meio de um ei(o comum a um rotor o ual tem a
fun#o de %om%ear ar para os cilindros. +sse rotor " um compressor centrfugo,
responsvel por capturar o ar atmosf"rico e comprimilo na entrada da admiss#o ou do
coletor de admiss#o do motor atrav"s de mangueiras ou tu%ulaes de alta press#o.
) tur%ocompressor pode ser8 de flu(o a(ial, radial e de gs de escape.
!ur%ocompressores de flu(o a(ial s#o definidos pela maneira na ual o com%ustvel
flui atrav"s da tur%ina. /om tur%ocompressores de flu(o a(ial do flu(o de com%ustvel
vem atrav"s da roda em uma dire#o a(ial. /om este tipo de dispositivo de
so%realimenta#o, e(pans#o do gs de escape cria uma sada o a-uda a tur%ina para girar
o compressor. /omo o taman&o do veculo " importante na determina#o do tur%o
compressor correto do veculo, " importante considerar ue os tur%ocompressores de
flu(o a(ial s#o mais comumente usados com veculos com um dimetro de roda de J00
mm e acima e n#o seria adeuados para veculos menores.
!ur%ocompressor de flu(o radial. /om uma va$#o de gs ue usa os mesmos
princpios como o !ur%o de flu(o a(ial, o !ur%o de flu(o radial " diferenciado pela
estrutura de influ(o de gs e(clusivo. ) influ(o de gs centrpeto " dirigido de fora em
uma dire#o radial e define este !ur%o para al"m do modelo de flu(o a(ial. 7eralmente
utili$ada em veculos com uma rodas de dimetro inferior ou igual a 1K0 mm, este tipo
de dispositivo de so%realimenta#o pode aumentar o poder de um veculo de at" nTa
cavalos de pot3ncia.
!ur%ocompressor de gs de escape. )s %enefcios de tur%ocompressores s#o
muitos, de aumento de velocidade, pot3ncia e funcionalidade de motor, mas &
%enefcios am%ientais, tam%"m, como o consumo de gs diminuiu. !ur%ocompressores
de gs de escape t3m outra vantagem. /om carregadores de tur%o de gs de escape, os
gases de escape do veculo " reciclado no compressor para fornecer energia para a
tur%ina. ara fa$er isso, um compressor " montado ao lado da tur%ina do mesmo ei(o. 6
tur%ina desen&a nos gases de escape, ue caso contrrio iria para a atmosfera, comprime
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2Z Te3*
este tempo o tra%al&o do pist#o so%re a mistura dos fluidos " completamentetransformado em energia interna, onde & press#o e temperatura elevadas. +sta condi#o
produ$ uma compress#o adia%tica, pois o processo " muito rpido e n#o & trocas de
calor. ) volume diminui a medida ue a press#o e a temperatura aumentam N/5.
#Z Te3*
este trec&o ocorre uma e(plos#o e conseuentemente o aumento da temperatura e
press#o /5, mas n#o uma varia#o de volumemovimento do pist#o5, - ue a rea#o
umica " muito rpida. a outra parte da e(plos#o +5 ocorre uma e(pans#o adia%tica
devido ao pist#o ser empurrado rapidamente com a fora da e(plos#o n#o dando tempo a
trocas de calor. +ste impulso conce%ido pela e(plos#o no em%olo do pist#o " a fora
aproveitada para gerar o torue no vira%reuim.
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6 seguir o grfico representa o /iclo de )tto >deal da com%ust#o completa damistura arTcom%ustvel.
Z Te3*
esta etapa ocorre uma descompress#o considerada isom"trica +N5, pois uma
varia#o da press#o e da massa da mistura n#o permite tempo para uma mudana nocurso do pist#o.
o trec&o N65 a massa do gs no interior do cilindro diminui na mesmapropor#o ue o volume n#o ocorrendo uma varia#o da press#o processo iso%rico5.
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AB )corre uma e(pans#o iso%rica, em ue o taman&o do volume da
mistura acompan&a o deslocamento do pist#o.
BC 9aver uma compress#o adia%tica da mistura, ou se-a, a medida ue o
volume diminui e conseuentemente a press#o e a temperatura aumentam. +ste processo
" muito rpido n#o permitindo trocas de calor.
CD este processo o%servamos um grande aumento da press#o e da
temperatura, mas o volume permanece constante considerando o processo
isovolum"trico devido a rea#o umica do arTcom%ustvel ser muito rpida.
DE )corre a e(plos#o fa$endo com ue o cilindro se-a impulsionado
diminuindo a press#o devido ao aumento do volume, portanto consideramos uma
e(pans#o adia%tica.
EB 6 massa da mistura e uma varia#o da press#o n#o dei(a ocorrer uma
varia#o do volume no interior do cilindro, por tanto consideramos um processo
isom"trico.
BA 6 uantidade de gs da mistura " comprimida e eliminada do interior do
cilindro na mesma propor#o da velocidade do cilindro por isso o processo "
considerado iso%rico.
&ass* 2 M*s-a 40e * e/)3e-* /*
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&ass* 1. Ea+*a 03 ea-?)* )-)-0a/* A)e/a/a
A)
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: +ode'os i'a&inar e )riar u'a ideia de )o'o *oi se
desenvo%vendo este estudo e tornando )ada ve 'ais *)i% a
vida das +essoas. Pode'os )on)i%iar a ter'odin('i)a
*a)i%'ente a a+%i)ao do estudo ao +ro)esso de )o'busto
de u' auto'7ve% +ois / u'a &rande %iberao de )a%or e
ener&ia ener&ia t2r'i)a -ue 2 a+roveitada +ara rea%iar o
traba%/o 'e)(ni)o.
BIBLIOGRAIA
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