Atps fenomenos de transporte

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2.1-Objetivo do Desafio

Nosso objetivo é pesquisar e transcrever assuntos relacionados a Termodinâmica, e através dos fundamentos da termodinâmica, desenvolver um relatório onde se refere a funcionamento de motores a combustão, especialmente o Stirling, do qual teremos que entender seu funcionamento, demonstrar todas as teorias (cálculos, gráficos, diagramas), explorar qual o combustível ideal e construir um motor caseiro com a lições aprendidas.

3- Combustível para o motor stirling

Certamente o primeiro combustível utilizado pela humanidade foi biomassa. Com a descoberta dos combustíveis fosseis seu uso ficou mais restrito. Com a redução constante das reservas de combustíveis fosseis, sendo estes não renováveis, aliado à grande poluição causada com a queima dos mesmos, o uso da biomassa como combustível volta a ganhar força.

Os motores Stirling, também conhecidos como motor de combustão externa, apresentam a vantagem de poder operar com diversos tipos de combustíveis, uma vez que a combustão ocorre externamente ao motor. E, portanto, uma aplicação de interesse para essa tecnologia é o uso de biomassa, por exemplo, resíduos de madeira, como combustível.

O modelo original de Stirling foi baseado no conceito da utilização de um simples cilindro equipado com dois pistões. Dois pistões, um êmbolo e um pistão de energia, operam por um virabrequim. Usualmente, o êmbolo guia o pistão de energia por 90°. O sistema fechado é carregado com gás permanente, usualmente hidrogênio ou hélio. Hidrogênio, entretanto, é considerado o fluido de trabalho mais estável para o motor de Stirling. Uma câmara de combustão localizada no topo do cilindro, abastece o aquecimento indireto do gás. Gás em alta pressão, na ordem de 100 a 200 atm, são observadas no motor de Stirling. O gás utilizado nos modelos mais simples é o ar; hélio ou hidrogênio pressurizado (até 150kgf/cm2) são empregados nas versões de alta potência e rendimento, por serem gases com condutividade térmica mais elevada e menor viscosidade, isto é, transportam energia térmica (calor) mais rapidamente e têm menor resistência ao escoamento, o que implica menos perdas por atrito. Ao contrário dos motores de combustão interna, o fluido de trabalho nunca deixa o interior do motor; trata-se, portanto de uma máquina de ciclo fechado.

O gás hélio é um elemento químico de símbolo He e que possui massa atómica igual a 4 u, apresentando número atômico 2 ( 2 prótons e 2 elétrons ). À temperatura ambiente, o hélio encontra-se no estado gasoso. Apesar da sua configuração eletrônica ser 1s2, o hélio não figura na tabela periódica dos elementos junto com o hidrogênio no bloco s, está colocado no grupo 18 ( VIIIA ou 0 ) do bloco p, já que apresenta nível de energia completo, apresentando as propriedades de um gás nobre, ou seja, é inerte (não reage) como os demais elementos.

É um gás monoatômico, incolor e inodoro. O hélio tem o menor ponto de evaporação de todos os elementos químicos, e só pode ser solidificado sob pressões muito grandes. É o segundo elemento químico em abundância no universo, atrás do hidrogênio, mas na atmosfera terrestre encontram-se apenas traços, provenientes da desintegração de alguns elementos.

O gás hidrogênios é um elemento químico com número atómico PE ou atômico PB 1 e representado pelo símbolo H. Com uma massa atómica de aproximadamente 1,0 u, o hidrogênio é o elemento menos denso. Ele geralmente apresenta-se em sua forma molecular, formando o gás diatômico (H2) nas CNTP. Este gás é inflamável, incolor, inodoro, e insolúvel em água.

O elemento hidrogénio, por possuir propriedades distintas, não se enquadra claramente em nenhum grupo da tabela periódica, sendo muitas vezes colocado no grupo 1 (ou família 1A) por possuir apenas 1 elétron na camada de valência (ou última camada). O hidrogénio é o mais abundante dos elementos químicos, constituindo aproximadamente 75% da massa elementar do Universo.

Muitos tipos de combustível podem ser queimados na câmara de combustão externa do motor de Stirling. Em particular, uma gasolina de alta octanagem não é necessária. Um combustível aceitável, entretanto, deve seguir as determinações para baixa emissão de poluentes, combustão com mínima dificuldade, e responder prontamente ao sistema de controle do motor. Um combustível líquido derivado do carvão é uma possibilidade. A qualidade deste combustível não precisa ser tão grande quanto a da gasolina, um fator que contribui na redução do custo de produção do combustível.

3.1-Motor multi-combustível

O motor stirling é considerado verdadeiramente multi-combustível, pois pode utilizar praticamente qualquer fonte energética: gasolina, etanol, metanol, gás natural, óleo diesel, biogás, GLP, energia solar, calor geotérmico e outros. Basta gerar uma diferença de temperatura significativa entre a câmara quente e a câmara fria para produzir trabalho (quanto maior a diferença de temperatura, maior é a eficiência do processo e mais compacto o motor).

4-Faixa de temperatura do liquido arrefecimento

O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etilenoglicol, 1, 2 etanodiol, álcool de fórmula HOCH2CH2OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9 °C, e a de ebulição são de 197,3 ºC. A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33 °C, e a de ebulição, superior a 160 ºC.

Para medir a temperatura e utilizado um Sensor temperatura líquido de arrefecimento que informa à central, a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois identifica a temperatura do motor.

4.1-Justificar porque o ciclo é mais adequado para temperaturas baixas

Nos momentos mais frios o motor necessita de mais combustível justifica a importância desse tipo de medição em relação à combustão do combustível.

A regulagem da temperatura do fluido, o motor trabalha na sua temperatura normal e aumenta o rendimento do motor e consequentemente reduz o consumo de combustível.

Converter a temperatura máxima e mínima encontradas e a diferença entre elas em outras duas escalas termométricas:

Kelvin e Fahrenheit:

Congelamento: -12 ºC;

Ebulição: 197,3ºC .