Máquinas térmicas

1. Professor Edinei Oliveira Chagas

2. Definição
A máquina térmica é um dispositivo que
transforma a energia interna de um
combustível em energia mecânica.
Também pode ser definida como o
dispositivo capaz de converter calor em
trabalho.

3. Máquina a Vapor
Eeolipile (eolípila)
Feita por Heron de
Alexandria.
Pequena esfera de cobre
com dois caninhos
torcidos.
Tinha água em seu
interior

4. Eolípila
Colocada sobre um
tripé e sobre o fogo, a
água fervia e o vapor
que saia pelos caninhos
fazia com que a esfera
rodasse.

5. Revolução Industrial
Século XVIII
Conjunto de mudanças tecnológicas com
profundo impacto no processo produtivo.
Melhoria da Máquina a Vapor pelo físico
escocês James Watt para ser usada em
bombas d’água das minas de carvão.
Depois passou a ser utilizada em locomotivas
e barcos a vapor.

6. Máquina a vapor

7. Máquina a Vapor

8. Turbina a Vapor
Funciona de forma semelhante à máquina de
Heron (eolípia).
Usada em usinas de para a produção de energia
elétrica.
Energia Interna do
combustível
Energia mecânica
(movimento da hélice
da turbina)Combustão do
combustível

9. Funcionamento da Turbina a
vapor
Funciona em ciclos (etapas que se repetem).
Diagrama PxV (relaciona os valores da pressão e
do volume do gás durante as transformações)
V
P

10. Turbina a vapor

11. 1-Caldeira
A água se vaporiza sob
pressão constante,
aumentando o seu
volume (transformação
isobárica).
Diagrama PxV – trecho
AB

12. 2-Turbina
O vapor se expande e
realiza trabalho,
fazendo as hélices
girarem.
As hélices e o vapor estão na
mesma temperatura e a
transformação é rápida, não
ocorrendo trocas de calor
(expansão adiabática). P
diminui e V aumenta. Trecho BC.

13. 3-Condensador
O vapor passa para o
estado líquido (se
condensa), perdendo
calor.
O volume diminui e a
pressão permanece
constante (contração
isobárica). Trecho CD

14. 4-Bomba
Comprime a água,
aumentando sua
pressão até se igualar à
pressão da caldeira.
A água é praticamente
incompressível, este
processo é considerado
isométrico (volume
constante). Trecho DA

15. Ciclo Completo
A energia da queima
do combustível é usada
para variar a energia
interna da água e do
vapor e também para
realizar trabalho, ao
girar o eixo da turbina.

16. Motor de Automóvel
Motor de combustão interna.
Motor de 4 tempos.
Ciclo de Otto.
O principio básico colocar uma pequena
→
quantidade de combustível e queimá-lo,
gerando uma quantidade enorme de energia
em forma de calor e de gases em violenta
expansão.

17. Componentes

18. 1º tempo: Admissão
O virabrequim gira, o pistão
desce no cilindro, abrindo a
válvula de admissão e injetando
uma mistura de combustível e
ar.
Enquanto o volume do gás
aumenta, a pressão fica
praticamente constante:
transformação isobárica.
AB

19. 2º tempo: compressão
O pistão sobe,
comprimindo a mistura.
O volume diminui, enquanto
a temperatura e a pressão
aumentam. Processo rápido,
sem troca de calor
(compressão adiabática) BC

20. 3º tempo: Explosão
Quando ocorre a máxima
compressão, uma centelha elétrica
na vela de ignição provoca uma
explosão que causa um aumento de
temperatura. Nos gases resultantes
há um aumento de pressão,
resultando na expansão da mistura
gasosa.
Inicialmente o volume do gás fica
constante, depois ocorre um rápido
aumento na temperatura e pressão
(transformação isovolumétrica CD),
seguida de um aumento do volume,
com diminuição da pressão e
temperatura (transformação
adiabática DE).

21. 4º tempo: Escape
O pistão sobe empurrando os
gases que saem pela válvula de
escape, que se abre. Assim os
gases são liberados para o
ambiente.
Válvula de escape aberta. O volume
da parte ocupada pelo cilindro
permanece constante e a pressão
diminui (EB). Depois a pressão
permanece constante enquanto o
volume diminui (BA).

22. Ciclo Completo (ciclo de
Otto)
O diagrama PxV é uma representação teórica de
um ciclo ideal, já que durante o funcionamento de
um cilindro os processos não ocorrem de forma
perfeita.

23. Cilindradas
A “cilindrada” dos motores é a soma dos
volumes deslocados pelos pistões.
Ex.: Os carros com motor 1.0 indicam que a
soma dos volumes deslocados corresponde a
1 litro.

24. Válvulas
•Geralmente, cada um dos 4 cilindros de um
motor tem 2 válvulas (admissão e exaustão)
daí 4x2= 8 válvulas.
•A fim de se conseguir maior eficiência, pode-
se colocar mais uma de cada (2 de admissão e
2 de exaustão). Daí 4x4=16 válvulas.
•Ex.: Motor 2.0-16v: 4 válvulas em cada
cabeçote de cilindro e seus 4 cilindros
deslocam um volume total de 2 litros.