ATPS TERMODINAMICA

ATPS DE TERMODINÂMICA APLICADA

ETAPA 1

Passo 1

1Pesquisar como funciona o sistema de refrigeração de um motor de combustão interna, qual é o tipo de substância utilizada como líquido de arrefecimento e quais as suas propriedades.

Há dois tipos de sistemas de arrefecimento encontrados em carros: arrefecimento a líquido e arrefecimento a ar. Arrefecimento a líquido; O sistema de arrefecimento a líquido faz circular um fluido por mangueiras e partes do motor. Ao passar pelo motor quente o líquido absorve calor, resfriando o motor. Depois que o fluido deixa o motor ele passa por um trocador de calor, ou radiador, que transfere o calor do fluido para o ar que passa pelo radiador. Arrefecimento a ar; Alguns carros mais antigos (o Fusca o Gol a ar e seus derivados, por exemplo) e uns poucos contemporâneos usam motores refrigerados a ar. Em vez de haver um líquido circulando pelo motor, o bloco e o cabeçote são dotados de aletas que aumentam a área de absorção de calor e de contato com o ar, conduzindo o calor para longe do motor. Uma potente ventoinha força o ar sobre essas aletas, que resfriam o motor ao acelerar a transferência de calor para o ar. Quando o motor é exposto ao fluxo de ar, como nas motocicletas, a ventoinha pode ser dispensada. A água é um dos fluidos mais eficazes na conservação de calor, mas ela congela numa temperatura muito alta para ser usada em motores de automóveis. O fluido que a maioria dos carros usa é uma mistura de água e etileno-glicol (C2H6O2), também conhecido como aditivo de radiador ou anticongelante. Adicionando-se etileno-glicol à água, os pontos de ebulição e de congelamento melhoram significativamente. Água pura 50/50

C2H6O2/Água 70/30 C2H6O2/Água

Ponto de congelamento -0º C -37º C -55º C Ponto de ebulição 100º C 106º C

113° C

Passo 2

2 Comparar a quantidade de água e de ar necessárias para proporcionar a mesma refrigeração a um motor de automóvel.

Resposta: Q= m.c.∆T m.cágua.∆T = m.car∆T m.água = c.água m.ar C.ar

c.água = 4.186 J\Kg.K = 4.186 J\Kg.K c.ar = 1.000J\Kg.K

Então:

São necessários 4.186 J\Kg. K de ar para proporcionar a mesma refrigeração da água.

Passo 3

1 Verificar qual a faixa de temperatura em que geralmente o líquido de arrefecimento opera, e o tipo de termômetro utilizado para fazer essa medição da temperatura do motor do carro.

Resposta: O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etileno glicol, (1, 2 etanodiol), álcool de fórmula HO-CH2CH2-OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9oC, e a de ebulição é de 197,3º.A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33C, e a de ebulição, superior a 160ºC. Para medir a temperatura é utilizado como termonitro um Sensor temperatura da agua .

12ºC para congelamento e 197,3ºC para ebulição

Kelvin Congelamento: -285.15ºK Ebulição: 470,45ºK K = °C + 273,15

2 Justificar a importância desse tipo de medição em relação à combustão do combustível.

esse sensor de temperatua Informa à central ou modulo a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois indentifica a temperatura do motor. Nos momentos mais frios o motor necessita de mais combustível, assim conforme o carro esquenta o motor trabalha na sua temperatura normal e aumenta o rendimento do motor e consequentemente reduz o consumo de combustível

Passo 4 (Equipe)

Comparar o coeficiente de dilatação térmica da gasolina e do álcool e verificar em que horário é mais vantajoso o abastecimento com esses combustíveis, baseado em propriedades físicas como densidade e temperatura.

Resposta:Gasolina Massa específica = 660 Kg\m3 Coeficiente de dilatação = 9,6 x 10-4 (20 - 220ºC) Ponto de fusão ºC = -95,3 Ponto de ebulição ºC = 68,74 Álcool Massa especifica = 789 Kg\m3 Coeficiente de dilatação = 1100 x 10-6(0 – 60ºC) Ponto de fusão ºC = -114,1 Ponto de ebulição ºC = 78,3 Baseado nos dados acima a gasolina é mais vantajosa abastecer nos horários em que a temperatura está mais fria, ou seja, pela manhã, já o álcool e mais vantajoso em horários com temperatura mais elevada.

ETAPA 2

Passo 1

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

Resposta: A primeira lei da termodinâmica nada mais é que o princípio da conservação de energia e, apesar de ser estudado para os gases, pode ser aplicado em quaisquer processos em que a energia de um sistema é trocado com o meio externo na forma de calor e trabalho. Quando fornecemos a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada de duas maneiras: 1. Uma parte da energia pode ser usada para o sistema realizar um trabalho (t), expandindo-se ou contraindo-se, ou também pode acontecer de o sistema não alterar seu volume (t = 0); 2. A outra parte pode ser absorvida pelo sistema, virando energia interna, ou seja, essa outra parte de energia é igual à variação de energia (ΔU) do sistema. Se a variação de energia for zero (ΔU = 0) o sistema utilizou toda a energia em forma de trabalho. ΔU= Q – t Assim temos enunciada a primeira lei da termodinâmica: a variação de energia interna ΔU de um sistema é igual a diferença entre o calor Q trocado com o meio externo e o trabalho t por ele realizado durante uma transformação. Aplicando a lei de conservação da energia, temos seguinte equação:

Equação: (ΔU= Q – t à Q = ΔU + t)

Passo 2

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 e coletores, onde: