As Máquinas Termodinâmicas

UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

FUNDAMENTAÇÃO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS

FLAVIA LIMA LEMES

HENRIQUE AUGUSTO PORTES BACHINSKI

SARAH CAROLINE MAIA

VICTOR HUGO

PROFESSORA JOSIANE COSTA RIANI

Termodinâmica

Joinville – SC

2015

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RESUMO

As leis da termodinâmica são de significativa importância para um engenheiro compreender o funcionamento das máquinas térmicas e com este trabalho tem-se como objetivo adquirir conhecimento sobre os ciclos termodinâmicos e seus princípios, através de livros e artigos, pois esses descrevem o processo em que essas máquinas térmicas são fundamentadas, como no caso do Ciclo Padrão a ar, Diesel, Otto, Brayton, Stirling, Refrigeração a ar e  Atkinson e Miller evidenciando a performance de motores, refrigeradores, bombas de calor, entre outros.

Palavras-chave: Ciclos termodinâmicos; Ciclo Padrão a ar; Diesel; Otto; Brayton; Stirling; Refrigeração a ar e  Atkinson e Miller.

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ABSTRACT

The laws of thermodynamics are of significant importance for an engineer to understand the functioning of thermal machines and this work has as objective to acquire knowledge about the thermodynamic cycles and its principles, through books and articles, as these describe the process in which these thermal machines are based, as in the case of Standard Cycle air, Diesel, Otto, Brayton, Stirling, cooling the air and Atkinson and Miller showing the performance of engines, refrigerators, heat pumps, among others.

Keywords: Thermodynamic cycles; Standard cycle air; Diesel; Otto; Brayton; Stirling; Air cooled and Atkinson and Miller

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO        5

1 FUNDAMENTAÇÃO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS        6

1.1        CICLOS PADRÃO A AR        6

1.2        CICLO DE BRAYTON        7

1.3        CICLO PADRÃO DE REFRIGERAÇÃO A AR        8

1.4 CICLO OTTO        

1.5 CICLO DE DIESEL        

1.6 CICLO STIRLING        

1.7 CICLOS DE ATKINSON E MILLER        

1.7.1 Ciclo de Atkinson        

1.7.2 Ciclo Miller        

INTRODUÇÃO

Os fundamentos dos ciclos termodinâmicos são analisados de maneira em que as máquinas térmicas são consideradas um ciclo ideal, sistematicamente semelhante ao real.

Para assim o engenheiro poder prever as influências do projeto de uma máquina real, como se fosse um ciclo termodinâmico fechado.

Porque na realidade não existem máquinas térmicas que possuem seu estado inicial igual ao final, logo essas máquinas representam o ciclo aberto por não haver uma sequência de estados de equilíbrio de um fluido.

Portanto com o intuito de adquirir conhecimento através de artigos e literaturas, este trabalho será abordado o princípio do: Ciclo Padrão a ar; Ciclo de Brayton; Ciclo padrão de refrigeração a ar que é a inversão do ciclo Brayton; Ciclo Otto; Ciclo Diesel; Ciclo Stirling e Ciclo Atkinson e Miller mostrando seus fundamentos e aplicações.

1 FUNDAMENTAÇÃO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS

1. CICLOS PADRÃO A AR

Em todos os ciclos padrão a ar, consideram-se certas características em comuns, como por exemplo: o ar é o fluido de trabalho e se comporta como um gás ideal. A massa do combustível não é relevante também não há variação da composição, não há processo de entrada ou saída de ar, este permanece no interior do motor e realiza o processo ciclicamente. Um aquecimento rápido oriundo de uma fonte quente externa substitui a combustão e a descompressão é substituída por um resfriamento rápido que cede energia para a fonte externa fria. Todos os processos são ideais em quase-equilíbrio.

Motores de sistema fechados empregam dispositivo de cilindro e pistão, assim representado no gráfico, cujas principais dimensões que o pistão d, também denominado de calibre e a distância que o pistão percorre é chamada de curso do pistão. O volume de ar no cilindro é mínimo, quando o pistão situa-se no ponto morto superior (PMS). Volume deslocado é a diferença entre o volume máximo e o volume da câmara de combustão, sendo que para conseguir a cilindrada de um motor multiplica-se a cilindrada de um cilindro pelo número total de cilindros. O volume da câmara de combustão dá-se pela razão em relação do volume deslocado e a razão de compressão também é obtida por uma razão, mas entre o volume máximo e o volume mínimo:                        [pic 1]

Quando se classifica motores de cilindro e pistão, é usada a pressão média efetiva , a qual age no pistão durante o curso de ação, gera uma quantidade de trabalho igual à que realmente é realizada no ciclo, portanto:[pic 2]

[pic 3]

Figura 1- Ciclo ideal de um motor de cilindro e pistão com ignição por centelha elétrica.[pic 4]

[pic 5]

Fonte: Termodinâmica (2006, p.226)

1. CICLO DE BRAYTON

A utilização de ciclo Brayton em sistemas  abertos, o ar entra pelo bocal de admissão no compressor, passa com pressão constante na câmara de combustão, onde reage com o combustível, os gases de combustão passam no interior da turbina, logo retiram-se pelo duto de escape para a atmosfera.