Motor à gasolina Profa Dra Patricia Targon Campana ACH1014 Fundamentos de Física 2013.

Apresentação em tema: "Motor à gasolina Profa Dra Patricia Targon Campana ACH1014 Fundamentos de Física 2013."— Transcrição da apresentação:

1 Motor à gasolina Profa Dra Patricia Targon Campana ACH1014 Fundamentos de Física 2013

2 A entropia no mundo real: máquinas térmicas Máquina térmica: “dispositivo que extrai energia do ambiente na forma de calor e realiza um trabalho útil” (Halliday & Resnick, volume 2) Toda máquina térmica precisa de uma substância de trabalho Máquinas a vaporágua Nos motores de automóvelmistura de gasolina, álcool ou diesel com ar Toda máquina térmica opera em um ciclo (série fechada de processos termodinâmicos)

3 Examinando uma máquina térmica ideal Todos os processos são reversíveis e não há perdas por atrito A máquina de Carnot (1824) utiliza o calor com a maior eficiência para realização de trabalho TQTQ TFTF QFQF Q W

4 Fonte quentecalorsubstância de trabalho expansão substância de trabalhocalorFonte fria compressão ab cd b a c d

5 Transformações de energia envolvem variações de entropia Na máquina de Carnot, que está isolada TQTQ TFTF entropia temperatura Usando a primeira Lei para calcular o W  E = Q - W  E = 0 no ciclo W =  Q W = Q Q - Q F Pela segunda Lei  S gas = (- ou +) Q/T Assim,  S gas = Q Q /T Q – Q F /T F Neste caso  S = 0Q Q /T Q = Q F /T F Eficiência: energia utilizada = W = 1 - Q F / Q Q energia adquirida Q Q

6 Motores de carro Motores quatro temposBaseados no ciclo de Otto Quatro fases distintas Da transformação de energia química à energia mecânica (E cinética de rotação) O pistão

7 Primeiro tempo: admissão Pistão na entrada Pistão se movendo para baixo Abertura para entrada de combustível e de ar (gasolina vaporizada e misturada com o ar) Razão ideal = 14:1 ar gasolina

8 Segundo tempo: compressão Fechamento da válvula de entrada Câmara selada: entre o pistão e o topo do cilindro Subida do pistão comprimindo a mistura (10:1) (quanto maior esta distância, mais potente a máquina) 5.0 L 8 cilindros 40 L Comprimidos para 4 L

9 Terceiro tempo: combustão Câmara do cilindro cheia de combustível+ ar fortemente comprimido Uma faísca inicia a explosão na câmara Movimento forçado do pistão para baixo rápida expansão da mistura comprimida “buracos” no sistema causam perda de pressão e perda de força no motor

10 Quarto tempo: exaustão Pistão alcança a parte de baixo da câmara Sobra “lixo” na câmara do cilindro O pistão se move para cima e a válvula de exaustão se abre O pistão força o “lixo” a sair pela válvula de exaustão O processo recomeça

11 Considerações importantes O motor a diesel não tem vela: o ar é comprimido até que a temperatura se eleve à ~500  C o diesel é injetado e a mistura explode espontaneamente Os motores necessitam de: rolamentos e óleos para reduzir o atrito interno sistema de refrigeração forçada (água ou ar) A energia liberada pelo calor da explosão é: em parte convertida em trabalho e em parte transferida ao ambiente movimento Pela 2ª. Lei da termodinâmica, não pode ser convertida em trabalho Calor de fonte quente para fonte fria: processo irreversível

12 admissão combustãocompressão exaustão  3 máquina de Otto (motores a gasolina ou álcool = 1,3 máquina de Diesel

13 Carnot = gás mono-atômico ideal Ciclo de Otto comparado ao de Carnot: o gás (ar) é bombeado fisicamente pra dentro e pra for a do cilindro ao invés de estar selado e ser reutilizado indefinidamente como no ciclo de Carnot os cilindros não são perfeitamente isolados = isso implica em…e a eficiência… Ao invés de estar em contato com um reservatório de calor (externo) a mistura ar-gás é aquecida por combustão interna O gás não é mono-atômico (ar: N 2 e O 2 ) e nem a gasolina (octanos, C 8 H 18 ) O gás não é ideal.

14 Transformação de energia térmica em energia mecânica http://www.animatedengines.com/otto.shtml

15 créditos http://www.unc.edu/~prinarp/jamie.html www.qrg.northwestern.edu/.../otto/otto.html