ATPS Termodinamica Parte 1 Completa

INTRODUÇÃO

A termodinâmica (do grego θερμη, therme, significa "calor" e δυναμις, dynamis, significa "potência"). A termodinâmica é o ramo da física que se dedica ao estudo das relações entre o calor e as restantes formas de energia. Analisa, por conseguinte, os efeitos das mudanças de temperatura, pressão, densidade, massa e volume nos sistemas a nível macroscópico.

A base da termodinâmica é tudo o que diz respeito à circulação da energia, um fenómeno capaz de incutir movimento aos corpos. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, conhecida como sendo o princípio de conservação da energia, se um sistema trocar calor com outro, a sua própria energia interna irá mudar. O calor, neste sentido, é a energia necessária que deve trocar um sistema para compensar as diferenças entre o trabalho e a energia interna.

A segunda lei da termodinâmica representa várias restrições para as transferências de energia que, hipoteticamente, possam ser levadas a cabo se for tida em conta a primeira lei. O segundo princípio regula a direção em que são levados a cabo os processos termodinâmicos e impõe a impossibilidade de se desenvolverem em sentido contrário. Convém destacar que esta segunda lei se apoia na entropia, uma grandeza física encarregue de medir a parte da energia que não pode ser usada para produzir trabalho.

A terceira lei da termodinâmica, por fim, destaca que é impossível alcançar uma temperatura que seja igual a zero absoluto através de um número finito de processos físicos. Entre os processos termodinâmicos, destacam-se os isotérmicos (a temperatura não altera), os isócoros (o volume não altera), os isobáricos (a pressão não altera) e os adiabáticos (não há transferência de calor).

PRINCIPAIS CIENTISTAS DA TERMODINÂMICA CLÁSSICA

A breve história da termodinâmica começa com Guericke, que em 1650 projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo, e o primeiro vácuo artificial do mundo, através dos hemisférios de Magdeburgo. Ele foi incentivado pela busca em provar a invalidade da antiga percepção de que "a natureza tem horror ao vácuo" e de que não poderia haver vazio ou vácuo, "pois no vácuo todos os corpos cairiam com a mesma velocidade" tal como descreveu em ambos os casos Aristóteles.

Logo após este evento, o físico e químico irlandês Robert Boyle tomou ciência dos experimentos de Guericke, e em 1656, em coordenação com o cientista inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação entre pressão, temperatura e volume. Com isso foi formulada a Lei de Boyle, a qual estabelece que a pressão e o volume sejam inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes conceitos, um conhecido de Boyle chamado Denis Papin construiu um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado com uma tampa fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.

Projetos posteriores incluíram uma válvula de alívio para o vapor, evitando que o recipiente explodisse devido à alta pressão. Observando o movimento rítmico da válvula de alívio para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de uma máquina constituída de um pistão e um cilindro. Mas Papin não seguiu adiante com a idéia. Foi somente em 1697, baseado nas idéias de Papin, que o engenheiro Thomas Savery construiu a primeira máquina a vapor. Embora nesta época as máquinas fossem brutas e ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Um destes cientistas foi Sadi Carnot, o "pai da termodinâmica", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência de máquina. O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a máquina de Carnot, o ciclo de Carnot e a potência motriz. Isto marcou o início da termodinâmica como ciência moderna.

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE MOTORES

Há dois tipos de sistemas de arrefecimento encontrados em carros:

Arrefecimento a ar: Alguns carros mais antigos (o Fusca 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.

Sistema de arrefecimento a ar forçado.

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.

A água é um dos fluidos mais eficazes na conservação de calor, mas ela congela numa determinada temperatura. O fluido que a maioria dos carros usa é uma mistura de água e etileno-glicol (C2H6O2), também conhecido como aditivo de radiador ou anti-congelante. Adicionando-se etileno-glicol à água, os pontos de ebulição e de congelamento melhoram significativamente.

O sistema de arrefecimento controla a temperatura do motor a combustão de um automóvel. Nos automóveis mais antigos existia somente a preocupação de se dissipar o calor gerado pelo motor, com o tempo os automóveis passaram a aproveitar a energia calorífica gerada pela combustão para seu desempenho e durabilidade, passando a dotar de um controle mais estável e preciso da temperatura sob variadas condições de uso, como temperatura ambiente e pressão atmosférica e carga do veículo. Nos automóveis, sobretudo nos modernos dotados de gerenciamento eletrônico do motor qualquer mudança na sua temperatura é alterada a quantidade de combustível injetado e o ponto de ignição. Portanto quando o sistema de arrefecimento trabalha na temperatura ideal o motor terá maior durabilidade, menor desgaste e atrito, maior economia de combustível, menos manutenção, emitirá menos poluente e aumentará seu desempenho.

Componentes

Embora existam diferentes sistemas e soluções de refrigeração, na atualidade a maioria possui os