A primeira lei da termodinâmica

Etapa 02

Aula tema: Primeira Lei da Termodinâmica

Passo 01

Pesquisar em livros da área a primeira Lei da Termodinâmica, descrevendo a equação matemática que representa essa lei.

Resposta:

A Primeira Lei da Termodinâmica não é uma mera transposição para a Termodinâmica da abrangente e geral lei da conservação da energia em Física e em Química. A sua formulação matemática traduz que a variação da energia interna de um sistema, ΔU, é igual à soma do calor com o trabalho que o sistema troca com a sua vizinhança, ou seja:

Na Equação acima, assume-se que Q e W são positivos sempre que correspondem a energia que entra no sistema. Alguns autores consideram W positivo quando energia sai do sistema, seguindo o desenvolvimento histórico da Termodinâmica.

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40422007000200043&script=sci_arttext

Passo 02

Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, os modos de transferência de calor que ocorrem nos motores automotivos, as equações envolvidas e o significado de cada termo, e como esses modos afetam o desempenho do carro.

Resposta:

Condução :

Modo de transferência em sólidos e líquidos em repouso. A intensidade é função do material e do gradiente de temperatura é o modo de transferência de calor no cabeçote, paredes do cilindro, pistão, bloco ecoletores, onde:

q= fluxo de calor (W/m2)

k = condutibilidade térmica (W/m/K)

A = área transversal de transferência (m2).

Convecção :

Modo de transferência entre fluidos e uma superfície sólida; A intensidade é função do fluido, do movimento relativo da diferença de temperaturas; No motor a convecção é forçada, em regime turbulento, pois existe bombeamento dos fluidos; Depende de relações empíricas específicas para cada tipo de escoamento e geometria; É o modo de transferência de calor entre os gases e líquidos e as paredes dos componentes do motor, onde:

h = coeficiente de transferência de calor por convecção (W/m2/K)

Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K)

T= temperatura média do fluido (K)

Radiação :

Modo de transferência entre corpos quentes e frios por meio de emissão e absorção de ondas eletromagnéticas; A intensidade é função da diferença de temperaturas; Depende de parâmetros de forma, absorção e emissividade específicos para cada tipo material e geometria; É um modo secundário de transferência de calor entre os gases quentes durante a queima e as paredes do cilindro; É mais significativo em motores de ignição por compressão (ciclo Diesel) devido a presença de fuligem durante uma fase da queima do combustível no cilindro; Existe radiação térmica proveniente do coletor de escape, onde:

α= constante de Stefan-Boltzmann = 5,67x10-8 W/m2/K4

€ = emissividade

Ff = fator de forma

Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K)

Tg = temperatura média do fluido (K

Relacionar esses modos de transferência ás propriedades dos materiais que compõem o motor.

Resposta:

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 03

Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites sugeridos da internet, como ocorre o desperdício na forma de calor no motor de um automóvel, e quais as novas tecnologias baseadas em materiais termoelétricos.

Resposta:

Estima-se que nada menos do que 50% da energia produzida pelos carros, fábricas e centrais elétricas perca-se na forma de calor - nos motores a combustão dos carros, o desperdício pode chegar facilmente aos 80%.

Os engenheiros da Universidade Estadual do Oregon, nos Estados Unidos, estão usando uma nova abordagem para capturar e usar o calor desperdiçado nos escapamentos dos carros e caminhões, dos geradores a diesel, das usinas termoelétricas e de uma infinidade de outras fontes.

Reaproveitamento do calor

O objetivo do equipamento é usar esse calor para gerar energia elétrica ou, por estranho que possa parecer, para o resfriamento, seja em geladeiras ou em aparelhos de ar-condicionado.

"Isto pode se tornar uma importante nova fonte de energia e um modo de melhorar a eficiência energética," diz Hailei Wang, um dos pesquisadores do projeto. "O protótipo mostra que estes sistemas funcionam tão bem quanto esperávamos que funcionassem."

Refrigeração