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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

Transformação de energia térmica em energia mecânica

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