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.
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
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