A UTILIZAÇAO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS

Você sabe o que uma máquina térmica?

O modo de vida adotado por nossa sociedade exige cada vez mais a utilização

de máquinas. Embora nem todas as pessoas tenham acesso aos benefícios trazido por

essa tecnologia, sua presença atinge a todos nos. No trabalho, no transporte, nas

diferentes formas de lazer,nas atividades domesticas,no acesso as informações e,

principalmente, nas condições ambientais do planeta. Apesar disso, a grande promessa

trazida com o advento das maquinas_ o alivio da canseira humana_ ainda esta para

ser cumprida plenamente nos dias de hoje.

A utilização de maquinas em larga escala teve início com o advento da máquina

a vapor, no início do século XVIII.

Com as florestas praticamente extintas, a Inglaterra precisava de carvão para

substituir a lenha utilizada no aquecimento das residências e nas recém – instaladas

indústrias.

Inventada com o fim específico de retirar água das minas de carvão inglesas, que

se tornavam cada vez mais profundas, a máquina a vapor impulsionou uma grande

transformação social, econômica e tecnológica, historicamente chamada de primeira

revolução industrial.

Em pouco tempo, a maquina a vapor foi utilizada na industria de tecelagem e de

aço, nos barcos e embarcações e ate mesmo na impressão dos jornais. Em 1820, foi

utilizada pela primeira vez em locomotivas e, em 1841, empregada nas máquinas

agrícolas, acionando as debulhadoras.

Alguns anos mais tarde, foi usada como motor de tração em automóveis.Seu

papel e importante ate mesmo nos dias de hoje, pois são aproveitadas nas usinas

termoelétricas para gerar eletricidade. No caso especifico da máquina a vapor que

utiliza carvão mineral como combustível, parte da energia química do carvão e

transformada em energia interna do vapor de água, outra parte, em energia de

movimento.

Nas usinas termoelétricas atuais, como nas

primeiras máquinas a vapor, o movimento e obtido através

do vapor de água a alta pressão. Mais especificamente,

podemos dizer que tais máquinas, embora com diferentes

utilizações, tem em comum o fato de transformarem parte

da energia interna de gás em energia de movimento (de

uma roda de um pistão, de uma turbina). E essa

transformação de energia que define o conceito de

máquina térmica.

A PRODUÇAO DO MOVIMENTO NAS MÁQUINAS TÉRMICAS

O MOTOR DO AUTOMÓVEL DE HOJE TEM ALGO EM COMUM COM A

MÁQUINA A VAPOR

Vamos investigar como e obtido o movimento em motor de automóvel e em uma

locomotiva a vapor. As figuras ilustram essas máquinas e seus principais componentes.

Embora essas maquinas tenham aparências bem distintas, podemos perceber

algumas peças semelhantes, com funções também semelhantes. As figuras ilustram

essas peças em detalhe, no motor do automóvel e na locomotiva a vapor.

E nessa região, indicada nas figuras, que a energia mecânica e obtida com o

movimento do pistão no interior do cilindro. Este movimento, posteriormente, será

conduzido a rodas. A energia mecânica e proveniente da pressão exercida por uma

substancia no interior do cilindro no estado de vapor (a água na locomotiva), ou no

estado gasoso (os combustíveis nos automóveis). Essas duas máquinas, entretanto, tem

maneiras distintas de conduzir essa substancia motriz ate o cilindro.

No motor do automóvel, a queima de combustível e realizada no interior do

cilindro, e por isso ele e dominado motor de combustão interna. Uma mistura de ar e

combustível e aspirada a medida que o cilindro desce, e depois comprimida com a sua

subida. Neste momento, uma faísca da inicio ao processo de queima. Os gases

resultantes dessa explosão encontram-se a alta pressão (da ordem de 20 vezes mais que

a pressão atmosférica) e em alta temperatura (da ordem de 500º C), razão pela qual

conseguem empurrar o pistão novamente para baixo.

Após a explosão, que transforma parte da energia interna do combustível em

energia mecânica, as substancias residuais são retiradas do cilindro para dar lugar a uma

nova quantidade de ar e combustível, repetindo o processo. Na locomotiva, o cilindro

recebe e elimina vapor de água nos dois sentidos de seu movimento, dependendo da

posição da válvula de abertura. No motor do automóvel, entretanto, isso não acontece.. a

mistura ar-combustivel entra apenas em certo momento do processo. E por esse motivo

que esse tipo de motor necessita de vários conjuntos de cilindro-pistao, funcionando de

forma sincronizada.

Para facilitar a compreensão, vamos detalhar as etapas que ocorrem com o vapor

que fica a esquerda do pistão, e divide o processo de funcionamento do motor da

locomotiva em quatro etapas,

1- admissão ou entrada do vapor de água a alta pressão

2- expansão do vapor, com movimentação do pistão.

3- expulsão do vapor a baixa pressão, com abertura da válvula de escape.

4- fechamento da válvula de escape e compressão dos vapores restantes, para que o pistão

esteja em posição de receber nova quantidade de vapor.

A figura ilustra a posição que se encontra o pistão em cada uma das etapas.

Atualmente, a maior parte dos automóveis tem motores com quatro cilindros.

Em um determinado instante, cada um deles esta em uma das quatro etapas do processo,

trabalhando sincronizadamente.

Os motores de combustão interna tem muitas aplicações, movimentado aviões,

tratores, barcos e máquinas de pequeno porte, como moedores de cana e geradores

caseiros de energia elétrica. Em muitos desses motores, o combustível utilizado e o óleo

diesel, e nesse caso a vela de ignição e dispensável. Nesses motores, o ar e aspirado e

comprimido pelo pistão. Nesse momento, injeta-se o diesel, que explode em contato

com esse ar a temperatura elevada.

Referência Bibliográfica

Física e realidade/ Gonçalves e toscano – São Paulo: Scipione 1997

Podemos fazer o mesmo com o motor do automóvel, dividindo o seu

processo de funcionamento também em quatro etapas..

1- admissão da mistura ar-combustível a baixa pressão.

2- compressão dessa mistura com a subida do pistão, provocando uma elevação

da pressão e da temperatura da mesma.

3- explosão da mistura, e conseqüente aumento da pressão e da temperatura,

seguida de uma expansão.

4- expulsão dos gases resultantes, com a abertura da válvula de saída e a subida

do pistão.

A posição do pistão em cada uma das qutro etapas é ilustrada na figura abaixo