Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte quente, utilizado parte desse calor para...
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MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA
DISCIPLINA: FÍSICA 1PROFESSOR: DEMETRIUS
SÉRIE: 2º ANO
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O QUE É UMA MÁQUINA TÉRMICA?
• Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte quente, utilizado parte desse calor para realização de trabalho. O restante é rejeitado para uma fonte fria.
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CICLOS TERMODINÂMICOS REAISOs motores de combustão interna a 4 tempos – o Ciclo Otto
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1 - ADMISSÃO• Com o êmbolo (pistão) no PMS (ponto morto
superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou pela injeção eletrônica, em que se substitui o comando mecânico destes sistemas por um eletrônico e conseguindo-se assim melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas do motor. O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim), move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão.
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2 - COMPRESSÃO
• Fecha-se nesta altura a válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é agora comprimida pelo pistão, impulsionado no seu sentido ascendente em direção à cabeça do motor por meio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.
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3 - EXPLOSÃO
• Quando o êmbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e "explode". O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira por meio de manivelas e produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que será posteriormente transmitido às rodas motrizes. A este terceiro passeio do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de explosão, tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efetivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de rotação acumulada no volante ("inércia do movimento"), o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento por meio de manivelas durante os outros três tempos.
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4 - EXPULSÃO
• O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo impulsionado por meio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão(escape).
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Uma reflexão sobre as máquinas térmicas...
• O estudo das máquinas térmicas chamou a atenção dos físicos pois sempre um conjunto de características eram notadas em seu funcionamento...
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• O calor sempre flui do corpo mais quente para o mais frio. O inverso só ocorre com realização de trabalho.
• Um máquina térmica sempre depende de duas fontes: uma quente e outra fria.
• Não é possível transformar todo o calor retirado de uma fonte quente em trabalho, mas é possível transformar todo trabalho em calor.
Essas constatações foram sintetizadas na SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA.
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2ª Lei da Termodinâmica – Enunciado de Clausius
• “O calor flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. O inverso só ocorre com realização de trabalho.”
• Rudolf Emmanuel Clausius , 1850
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2ª Lei da Termodinâmica – Enunciado de Kelvin
• “É impossível, para uma máquina térmica que opera em ciclos, converter integralmente calor em trabalho”.
• Lorde Kelvin, 1851
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RENDIMENTO DE UMA MÁQUINA TÉRMICA
• A quantidade de calor rejeitada para fonte fria (Q2) somado ao trabalho realizado pela máquina térmica (τ), é igual à quantidade de calor proveniente da fonte quente (Q1).
Q1= τ + Q2
2
1
1 QrQ
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EXEMPLO
• Um máquina térmica recebe de uma fonte quente 800 J de calor. Dessa quantia, 200 J são utilizados para realização de trabalho. Qual é o rendimento dessa máquina térmica?
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Rendimento Máximo – Ciclo de Carnot
• Teoricamente, uma máquina operando nesse ciclo atingiria seu rendimento máximo.
2
1
1 TrT
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EXEMPLO 2
• Uma máquina térmica opera segundo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Para esta máquina, quanto vale o seu rendimento máximo?
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Vamos fazer alguns exercícios do livro?PÁGINA 193 E 196
SEM PREGUIÇA