máquina térmica - Campus Erechim

I Encontro de Educação, Ciência e
Tecnologia do IFRS Câmpus Erechim
I MOSTRA TÉCNICA
29 de outubro a 01 de novembro de 2013
MÁQUINA TÉRMICA
NONEMACHER, Bruno; MANICA, Fabiano; DARIVA, Renan; STACHELSKI, Lais B.; GLOCKNER, Luiz H.; BARROS, Vinicius T. GOETEMS, Luciano.
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, Câmpus Erechim E-mail: [email protected].
*Orientador: Luiz Gustavo Barbosa ([email protected])
RESULTADOS
INTRODUÇÃO
Uma das formas de entender os princípios de funcionamento das máquinas
térmicas, conteúdo de suma importância na área de física e termodinâmica, é a
partir da concepção de mecanismos primitivos, como máquinas a vapor, que
utilizam a adição de calor a uma fonte quente para geração de trabalho mecânico ou
elevação da energia potencial de um corpo.
Sabe-se que durante o processo de aprendizagem de alunos da área de
engenharia, a associação entre teoria e prática é muito importante para obtenção e
avanço rumo a novos conhecimentos. Assim, neste trabalho foi construído um
mecanismo capaz de criar um ciclo termodinâmico, e que aborde os conteúdos
associados as máquinas térmicas, sendo assim um facilitador do aprendizado.
A máquina é constituída por uma fonte quente ou caldeira (panela de
pressão) e por uma fonte fria ou condensador (câmara de aço 1045).
Para aquecer a fonte quente, é utilizada uma chama proveniente da queima
de GLP (gás liquefeito de petróleo), o calor da chama eleva a temperatura no
interior da caldeira até 112ºC ocorrendo a geração de vapor e o aumento da
pressão. Quando a válvula entre a fonte quente e a fria é liberada o vapor migra
para a fonte fria onde a temperatura está em torno de 40ºC. Quando o vapor ocupa
a câmara que possui volume de 495 ml, a temperatura chega a 90ºC. Nesta
situação a câmara é resfriada com água à temperatura ambiente,
consequentemente o vapor que está no interior da câmara muda para a fase
condensada, perdendo volume e o restante da câmara fica evacuada. Assim, a
água que está em um reservatório abaixo da máquina é sugada para o interior da
câmara e após é expulsa, devido a pressão da fonte quente, para um reservatório
acima da máquina.
Foram realizados vinte ciclos operacionais durante os quais foram coletados dados
de temperatura das fontes quente e fria. A cada ciclo foi coletado um volume de água de
450 ml em média, ou seja, aproximadamente 91% do volume da câmara.
Através de cálculos, baseados nas temperaturas médias das fontes quente e fria,
obteve-se o rendimento de 24% e a partir do volume de água utilizado para o resfriamento
do condensador e o volume de água retirado no ciclo, obteve-se um valor aproximado.
A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que a temperatura da fonte quente é mais
alta que a temperatura de ebulição à pressão ambiente. Conclui-se também que o volume
da fase vapor é muito maior que o da fase condensada e que a máquina realiza significativo
trabalho a partir da diferença de temperatura das fontes quentes e fria.
OBJETIVOS
Construir um sistema de sucção de água a partir de vácuo e vapor reproduzindo a
primeira máquina a vapor, construída por Savery. A partir disso procura-se observar o
principio do funcionamento das máquinas térmicas e obter dados como o seu rendimento e
trabalho, consolidando assim os conhecimentos obtidos em aula.
Figura 1. Protótipo
MATERIAIS E MÉTODOS
Primeiramente realizou-se uma revisão bibliográfica para obter o conhecimento
necessário para a construção de um protótipo da máquina de Savery. Posteriormente,
através do método experimental, nos laboratórios do Instituto Federal, foi iniciada a
fabricação e montagem do mesmo.
Materiais utilizados na fabricação e montagem:
♦ Panela de Pressão (fonte quente);
♦ Câmara de aço (fonte fria);
♦ Válvulas;
♦ Mangueiras;
♦ Madeira.
Materiais utilizados para a coleta de dados:
♦ Termopar;
♦ Termômetro de superfície.
REALIZAÇÃO:
Figura 2. Ciclo termodinâmico.
Figura 3. Ciclos termodinâmicos.
REFERÊNCIAS
SONNTAG, Richard E.; BORGNAKKE, Claus; VAN WYLEN, Gordon J. Fundamentos da termodinâmica. 7.ed. São Paulo:
Edgard Blucher, 2009.
LUIZ, Adir M. Termodinâmica: teoria e problemas resolvidos. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
POTTER, Merle C.; SCOTT, Elaine P. Termodinâmica. São Paulo: Cengage Learning, 2006.
APOIO: