Atps termodinâmica

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Como já visto a cima, se o gás se expandir, o trabalho será positivo, ou caso o gás seja comprimido seu trabalho será negativo (neste caso, é o meio exterior que realiza trabalho positivo).

Melhor exemplificando:

V aumenta ⇒ ΔV > 0 ⇒ τ > 0

V diminui ⇒ ΔV ⇒ τ

Para o calor vale a convenção:

Sistema recebe calor ⇒ Q > 0

Sistema perde calor ⇒ Q

Passo 2:

O ciclo termodinâmico no motor Stirling possui uma eficiência igual a do ciclo de Carnot, porem, a transferência de calor no ciclo ideal deve ocorrer isotérmica e reversivelmente, ou melhor, definindo, em tempo infinito.

Melhor exemplificando temos:

Condução:

- A intensidade é função do material e do gradiente de temperatura;

- Modo de transferência em sólidos e líquidos em repouso;

- É o modo de transferência de calor no cabeçote, paredes do cilindro, pistão, bloco e coletores, onde:

qcn = Q/A = - k∇T

qcnx = Qx/A = - k dT/dx

q = Fluxo de calor (W/m2)

A= área transversal de transferência (m2)

K= condutibilidade térmica (W/m/K)

Convecção:

- Modo de transferência entre fluidos e uma superfície sólida;

- A intensidade é função do fluido, do movimento relativo da diferença de temperaturas;

- No motor a convecção é forçada, em regime turbulento, pois existe bombeamento dos fluidos:

- Depende de relações empíricas específicas para cada tipo de escoamento e geometria;

- É o modo de transferência de calor entre os gases e líquidos e as paredes dos componentes do motor, onde:

qcv = Q/A = hg (₸g – Tw,g)

qcv = Q/A = hc (Tw,c – ₸c)

Tw = temperatura da superfície da parede solida (K)

h = coeficiência de transferência de calor por convecção (W/M2/K)

₸ = temperatura media do fluido (K)

Radiação:

- Modo de transferência entre corpos quentes e frios por meio de emissão e absorção de ondas eletromagnéticas;

- A intensidade é função da diferença de temperaturas;

- Depende de parâmetros de forma, absorção e emissividade específicos para cada tipo material e geometria;

- É um modo secundário de transferência de calor entre os gases quentes durante a queima e as paredes do cilindro;

- É mais significativo em motores de ignição por compressão (ciclo Diesel) devido a presença de fuligem durante uma fase da queima do combustível no cilindro

- Existe radiação térmica proveniente do coletor de escape, onde:

qR = Q/A = Ff ε σ (T4g - T4w,g)

σ = Constante de Stefan - Boltzmann ( 5,67 x 10-8 W/m2/k4)

ε = Emissividade

Ff = Fator de Forma

Tw = Temperatura da superfície da parede solida (K)

Tg = Temperatura media do fluido (K)

Subscrito g = gás.

Passo 3:

A partir dos dados acima pesquisados concluímos os modos de transferência às propriedades que compõem o motor de Stirling da seguinte forma:

Importância:

A transferência de calor acaba influenciando na eficiência, no desempenho e nas emissões dos motores através dos parâmetros:

- Temperatura e pressão dos gases de combustão (Afetando a potência útil do mesmo);

- Consumo especifico de combustível;

- Aquecimento da válvula de exaustão (afeta na eficiência de admissão volumétrica? );

- Emissões de CO e HC queimados na exaustão;

- Detonação (troca de calor para os gases não queimados) que limita a taxa de compressão;

- Aquecimento do óleo motor (maior atrito)

- Temperatura dos gases de exaustão EGT, que controla turbos compressores e recuperadores;

- Expansão térmica dos componentes (pistão, anéis, cilindro, cabeçote, etc.);

- Carrega o sistema de resfriamento e seus acessórios.

Ordens de grandezas: A temperatura máxima típica do gás queimando é 2200 °C (2500K)

A temperatura máxima do material da parede do cilindro:

Ferro Fundido ⇒ 400 °C (673K)

Ligas de alumínio ⇒ 300 °C (573K)

Lubrificante ⇒ 180 °C (453K)

Pico de fluxo de calor para as paredes do cilindro ⇒ 0.5 a 10 MW/m2

Passo 4:

Através de uma descrição apresentada por Heywood em 1988, mostrou-se a transformação de energia química do combustível nos diferentes processos de transferência de calor e de realização de trabalho, representado na imagem abaixo:

[pic 3]

Gerando energia a partir do calor

Pode-se apreciar que somente uma parte do total da energia da combustão é transferida diretamente ao eixo.