Maquinas Termicas

Máquina térmicaOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Ir para: navegação, pesquisa Em termodinâmica, máquinas térmicas são sistemas que realizam a conversão de calor ou energia térmica em trabalho mecânico. Isto se dá quando uma fonte de calor leva uma substância de trabalho de um estado de baixa temperatura para um estado de temperatura mais alta. A substância de trabalho (normalmente gás ou vapor em expansão térmica) transfere essa energia através de sua expansão no interior da máquina térmica acionando o sistema mecânico (pistão, rotor ou outro) e realizando trabalho. Durante essa expansão, a substância de trabalho perde calor para o meio.1 O trabalho pode ser definido a partir das trocas de calor:

(1)

onde e são respectivamente o calor cedido da fonte quente e o calor recebido pela fonte fria.

As máquinas térmicas se distinguem de outros tipos por operarem, fundamentalmente, de acordo com Ciclo de Carnot. Apesar de sua limitação de eficiência, têm uma grande vantagem que são várias formas de energia que podem ser transformadas em calor como reações exotérmicas ( como combustão), absorção de luz de partículas energéticas, fricção, dissipação e resistência. Como a fonte de calor que abastece a energia térmica da máquina pode ser gerada virtualmente por qualquer tipo de energia, estas são extremamente versáteis e como enorme gama de aplicação.

Diagrama Máquina TérmicaÍndice [esconder]

1 Visão Geral

2 Potência

3 Rendimento

4 Exemplos de Máquinas Térmicas

4.1 Motor a combustão

4.1.1 Fase 1

4.1.2 Fase 2

4.1.3 Fase 3

4.1.4 Fase 4

4.2 Motor a vapor

4.3 Geladeira

4.3.1 Fase 1

4.3.2 Fase 2

4.3.3 Fase 3

4.3.4 Fase 4

4.4 Turbinas

4.4.1 Usina Nuclear

5 Referências

Visão Geral[editar]Em termodinâmica, máquinas térmicas são usualmente projetadas utilizando um modelo padrão, como o Ciclo Otto. O modelo teórico pode ser refinado e ampliado com dados reais de um motor em funcionamento, usando ferramentas como um diagrama indicador. Desde que o modelo padrão foi criado, poucas mudanças foram implementadas, podendo-se dizer que um ciclo termodinâmico é um caso ideal de um motor mecânico. Em termos gerais, quanto maior for a diferença na temperatura entre a fonte de calor e o dissipador frio, maior é a eficiência térmica potencial do ciclo. A temperatura fria da máquina térmica está limitada a temperatura do ambiente, ou seja, não muito inferior a 300 Kelvin. Por isso a maioria dos esforços para melhorar as eficiências termodinâmicas das máquinas térmicas tem como foco o aumento da temperatura de origem, dentro dos limites dos materiais. A eficiência teórica máxima de uma máquina térmica é igual à diferença de temperatura entre as extremidades quentes e frias, dividida pela temperatura na extremidade quente, todas expressas em graus Kelvin, ou a temperatura absoluta.2

Potência[editar]Máquinas térmicas podem ser caracterizadas pela sua potência específica, que é normalmente dada em quilowatts (kW) ou em cavalo vapor (cv). Esta característica oferece uma aproximação da saída de pico de potência de um motor. Isto não deve ser confundido com a eficiência de combustível, uma vez que a eficiência elevada, muitas vezes requer uma relação de ar-combustível pobre, e, portanto, menor quantidade de potência.3

Rendimento[editar]O rendimento das máquinas térmicas pode ser, de uma maneira geral, a razão entre o trabalho total e o trabalho (ou calor) necessário para que ela funcione, ou seja, é o que se obtém pelo que se dá de trabalho4 :

(2)

mas pela equação (1) podemos melhorar a equação (2):

e por fim:

(3)

O rendimento é a eficiência com que uma máquina térmica funciona. Em geral o rendimento das máquinas é baixo:

motores de automóveis rendem em média 22%;

motores a diesel rendem em médiade 25%;

grandes turbinas a gás da ordem de 33%

o motor de Stirling tem um dos maiores rendimentos, podendo chegar a 40%.5

Supondo que uma máquina térmica receba 100 cal de calor da fonte e, simultaneamente, realize um trabalho útil de 20 cal. Essa máquina teria então uma eficiência,

, ou . Isso significa apenas 20% da energia térmica fornecida à máquina é convertida em trabalho útil sendo o restante não aproveitado pela máquina. Como a quantidade total de energia não pode aumentar ou diminuir,temos6 :

Portanto:

Exemplos de Máquinas Térmicas[editar]Motor a combustão[editar]

Motor a combustãoO motor a combustão é uma máquina térmica comumente relacionada à automóveis. Na animação ao lado podemos observar as fases do processo e entender como a energia de determinados gases pode ser convertida em movimento, que é a justificativa para classificarmos essa máquina como uma máquina térmica, ou seja, que converte energia térmica(calor) em trabalho. A eficiência do motor a combustão é de aproximadamente 25%.7

Fase 1[editar]Uma mistura de gases(ar e combustível) devidamente dosados por um carburador ou pela injeção eletrônica, preenche o cilindro a medida que o pistão libera espaço, mantendo o sistema a uma pressão constante. Esta mistura geralmente separa uma parte de combustível para cada 15 partes de ar, entretanto dosagens diferentes podem melhorar o desempenho do motor dependendo da necessidade. Nesta fase do processo ainda não há nenhum