Termodinamica

ETAPA 2 Passo 1 (equipe)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)

* Q à Quantidade de calor trocado com o meio: Q > 0 à o sistema recebe calor; Q < 0 à o sistema perde calor. * ΔU à Variação da energia interna do gás: ΔU > 0 à a energia interna aumenta, portanto, sua temperatura aumenta; ΔU < 0 à a energia interna diminui, portanto, sua temperatura diminui. * t à Energia que o gás troca com o meio sob a forma de trabalho: t > 0 à o gás fornece energia ao meio, portanto, o volume aumenta; t < 0 à o gás recebe energia do meio, portanto, o volume diminui.

Passo 2 (equipe)1- 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:

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)

Passo 3 (equipe)1- Relacionar esses modos de transferência às 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 4 (equipe) Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites 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: Uma descrição detalhada da distribuição da energia no motor a combustão interna é apresentada por Heywood (1988),