Máquinas Térmicas

Introdução:

Hoje dia 27 de outubro mais um trabalho de física sendo postado no blog, para encerrar com grande estilo o terceiro bimestre.

E dessa vez o tema desenvolvido por nós (Daeny e Sabrina) é MÁQUINAS TÉRMICAS – MOTORES A EXPLOSÃO.

Serão abordados os seguintes tópicos:

1- O que são máquinas térmicas?

2- Cientistas envolvidos;

3- Ciclos termodinâmicos;

4- Impactos;

5- Máquinas térmicas e a Revolução Industrial

6- Tipos de motores quanto à construção;

7- Avanços da indústria automotiva.

Objetivos:

Compreender o assunto estudado em sala de aula (Termodinâmica-Conversão entre trabalho e calor) e, mostrar através deste como esse assunto está presente em nosso dia-a-dia em máquinas térmicas, motores a explosão, etc.

Entender mais sobre as máquinas térmicas e motores, e relaciona-los com o calor e a energia.

Visualizar o avanço das máquinas e dos motores com o passar do tempo, desde o início até os dias atuais.

Saber quais foram os principais cientistas envolvidos nesta questão.

              Máquinas térmicas 

São máquinas que realizam trabalho e lidam com a variação de temperatura. Normalmente, as máquinas térmicas retiram calor da fonte quente e transferem-no para a fonte fria, o que define sua eficiência. Uma máquina térmica tem maior eficiência se transforma mais calor em trabalho, transferindo, portanto, menos calor na fonte fria.

As máquinas térmicas utilizam energia na forma de calor (gás ou vapor em expansão térmica) para provocar a realização de um trabalho mecânico. Por isso o cilindro com pistão móvel é um dos principais componentes dessas máquinas: o gás preso dentro do cilindro sob pressão, quando aquecido, expande-se, deslocando o pistão e realizando trabalho.

Apesar dos diferentes tipos de máquinas térmicas, elas obedecem as seguintes características:

recebem calor de uma fonte quente (reator nuclear, coletor de energia solar, fornalha a combustível, etc);

rejeitam o calor que não foi usado para um reservatório chamado

fonte fria;

funcionam por ciclos.

As máquinas térmicas e outros dispositivos que funcionam por ciclos utilizam normalmente um fluido para receber e ceder calor ao qual se dá o nome de fluido de trabalho. O trabalho líquido do sistema é simplesmente a diferença de trabalho da fonte quente e da fonte fria.

O trabalho pode ser definido a partir das trocas de calor;

Rendimento: O rendimento das máquinas térmicas pode ser, de uma maneira geral, a razão entre o trabalho total e o trabalho (ou calor) necessário para que ela funcione, ou seja, é o que se obtém pelo que se dá de trabalho.

O rendimento é a eficiência com que uma máquina térmica funciona. Em geral o rendimento das máquinas é baixo:

motores de automóveis da ordem de 30%;

motores a diesel da ordem de 50%;

grandes turbinas a gás da ordem de 80%.

Assim o restante de energia que não é aproveitado pela máquina é expulso para o meio ambiente na forma de energia inútil, "perdida".



Motor a explosão.

 



Maquina térmica.

 

                Principais cientistas envolvidos:

Os cientistas são: Heron, Watt e Joule.

Heron: Heron de Alexandria - (também escrito como Hero e Herão, 10 d.C. - 70 d.C.) foi um sábio matemático e mecânico grego, do começo da era cristã (século I).Geômetra e engenheiro grego, Heron esteve ativo em torno do ano 62. É especialmente conhecido pela fórmula que leva seu nome e se aplica ao cálculo da área do triângulo. Seu trabalho mais importante no campo da geometria, Metrica, permaneceu desaparecido até 1896. Ficou conhecido por inventar um mecanismo para provar a pressão do ar sobre os corpos, que ficou para a história como o primeiro motor a vapor documentado, a eolípila.É de sua autoria um tratado chamado Métrica, que versa sobre a medição de figuras simples de planos sólidos, com prova das fórmulas envolvidas no processo. Tratava da divisão das figuras planas e sólidas e contém a fórmula de Herão (embora esta talvez tenha sido descoberta por Arquimedes) para o cálculo da área de um triângulo e um método (já antecipado pelos babilônios) de aproximação a uma raiz quadrada de números não quadrados.Sua Mecânica foi preservada pelos árabes e anuncia a regra do paralelogramo para a composição de velocidades. Determina os centros simples de gravidade e discute as engrenagens pelas quais uma pequena força pode ser usada para levantar grandes pesos.A Catoptrica trata da reflexão da luz por espelhos e demonstra que a igualdade dos ângulos de incidência e reflexão num espelho seguem o princípio de sua fonte ao olho do observador pelo caminho mais curto. Também lhe são atribuídas invenções de diversas máquinas, entre as quais a fonte de Herão e a eolípila (aparelho para a medição dos ventos).O robô mais antigo do mundo não tinha, naturalmente, cérebro de silício nem era movido a eletricidade — era capaz não apenas de andar como até de apresentar um "teatrinho".Quem está desenterrando detalhes sobre o autômato do século I d.C. é o cientista da computação britânico Noel Sharkey, da Universidade de Sheffield.Sharkey vasculhou as obras teóricas de Heron de Alexandria, o criador do autômato, e diz ter descoberto que se trata da primeira máquina guiada por um programa pré-estabelecido ( tal como os computadores modernos).Sem disco rígido ou memória RAM, a “programação” era incorporada ao robô por meio de cordas, que eram enroladas em determinada seqüência em torno dos eixos de suas rodas dianteiras.A força motriz vinha do trigo: na parte de trás do autômato, a corda que estava enrolada em torno dos eixos ficava presa a um peso, que por sua vez ficava no alto de um tubo cheio de grãos do cereal.O tubo tinha um furo, do qual os grãos iam caindo aos poucos, baixando cada vez mais o peso e fazendo os eixos rodarem, movimentando o robô.Heron, que foi contemporâneo de Jesus Cristo e dos primeiros apóstolos, caprichou na sua invenção: o robô que era capaz de realizar movimentos complexos sem intervenção humana, como ir para frente e para trás automaticamente, cumprindo uma rota pré-determinada, e até mesmo fazer uma pausa em sua "caminhada" e depois retomar o movimento.Esta não é a primeira vez que Heron ganha fama de pioneiro tecnológico. Relatos sobre o inventor dão conta de que ele criou a primeira máquina de vender bebidas da história, na qual a pessoa colocava uma moeda nela e recebia um jato de água. Água benta, nos templos. Heron era contratado por sacerdotes que queriam seus templos "automatizados" de modo a impressionar os fiéis, e deles tirar dinheiro.OBS.:”Ele teve a idéia de que o calor pode ser utilizado para produzir vapor, podendo assim realizar trabalho mecânico.”

James Watt : (Greenock, Escócia, 19 de Janeiro de 1736 — Heathfield Hall, Inglaterra, 25 de Agosto de 1819) foi um matemático e engenheiro escocês.Construtor de instrumentos científicos, destacou-se pelos melhoramentos que introduziu no motor a vapor, que se constituíram num passo fundamental para a Revolução Industrial. Foi um importante membro da Lunar Society. Muitos dos seus textos estão atualmente na Biblioteca Central de Birmingham.Nasceu em 19 de janeiro de 1736 em Greenock, uma cidade portuária. Gostava de passar seu tempo livre na oficina do pai, um construtor de casas e barcos, construindo modelos. Enquanto sua mãe Agnes Muirhead, veio de uma família muito importante, onde fora bem educada. Ambos presbiterianos e muito conservadores.Ele não era louco ao contrario do que alguns pensam(d).Watt frequentou a escola irregularmente, devido à saúde frágil, Watt educou-se em casa com a mãe, posteriormente foi à escola para aprender grego, latim e matemática. Possuía grande destreza manual e facilidade em matemática. Dedicou-se a lendas da cultura escocesa.Aos 18 anos, falece sua mãe e a saúde de seu pai começa a decair. Então Watt resolve viajar para Londres a fim de estudar fabricação de instrumentos, durante um ano, porém teve que deixar a cidade em 1756 devido a problemas de saúde. Posteriormente retornou para a Escócia, e investiu na fabricação de seus próprios instrumentos. Todavia, por não ter servido como aprendiz durante os sete anos obrigatórios, a "Glasgow Guilg Hammermen" (associação local dos artesões que utilizam "martelos") não permitiram dar continuidade em suas atividades, assim proibindo a prática de confeccionador de instrumentos na Escócia.Mas Watt foi apoiado por três professores da Universidade de Glasgow, que ofereceram a ele a oportunidade de participar de uma pequena oficina com a universidade. Que teve início em 1758, sendo que Joseph Black, professor físico-químico, acabou por tornar-se seu amigo. Em 1764, Watt casa-se com sua prima Margaret Miller, com a qual teve cinco filhos, mas em 1772, ela morre ao dar a luz.Quatro anos após ter aberto sua loja, Watt iniciou seus experimentos com vapor, incentivado por seu amigo o professor John Robinson. Watt nunca havia trabalhado com máquinas a vapor, mas mesmo assim ele persistiu na construção de um modelo. Encontrou muita dificuldade a princípio, mas continuou com seus experimentos, descobriu a importância do calor latente, e compreendeu a engenharia aplicada em tais máquinas, ao qual Black acabou por tornar-se famoso alguns anos mais tarde.E com o apoio da Universidade, através de máquinas e equipamentos, pode pesquisar e fazer diversos experimentos na área. Até que ele mostrou que 80% do calor do aquecedor é consumido para esquentar o cilindro, por que o vapor é condensado e separado em um compartimento no pistão, que mantém o cilindro na mesma temperatura do vapor injetado. Tal pesquisa teve fim em 1765, e ele logo iniciou um novo trabalho.Neste mesmo ano, inventou uma maquina a vapor com menores problemas de perda de energia em relação às bombas anteriores e que poderia também gerar movimento circular. Com o progresso da metalurgia, a máquina pode obter a precisão que requeria.Sendo agora seu novo trabalho a produção em grande escala desta máquina. Precisou de muito capital, do qual maior parte teve origem de Black. Conseguiu também um bom patrocínio de John Roebuck, o fundador da Carron Iron Works, com o qual tornou-se sócio. Todavia, sua principal dificuldade fora com máquinas cilíndricas e pistões cilíndricos. Muito capital foi gasto na tentativa de adquirir patentes, pois naquela época era necessário uma lei Parlamentar. Foi também forçado a empregar um oficial do governo que verificou seu trabalho por oito anos. Posteriormente Roebuck entra em falência, e Matthew Boulton, dono da Soho, assume sua posição, iniciando seu trabalho próximo de Birmingham, adquirindo também suas patentes legais. Assim Watt e Boulton formam uma grande e promissora parceria (Boulton & Watt), que durou vinte cinco anos.E assim, finalmente Watt teve acesso ao melhor ferro do mundo. Sendo que suas maiores dificuldades na confecção de largos cilindros com pistões firmes, foi solucionada por John Wilkinson, que desenvolveu técnicas precisas de perfuração. Contudo, em 1776, a primeira máquina foi instalada e operada em uma empresa. Nos cinco anos seguintes, Watt manteve-se muito ocupado com instalações de máquinas, e principalmente em Cornwall com bombas que retiram água de minas.Em 1763, foi chamado para reparar um modelo da maquina de Newcomen, pertencente à universidade de Glasgow. Durante o processo, Watt reparou que o arrefecimento do vapor dentro do cilindro levava ao arrefecimento desnecessário de toda a máquina, e pensou em vários tipos de melhoramentos que poderiam torná-la muito mais eficiente em termos energéticos. A adição de uma câmara de condensação separada evitaria as perdas de energia verificadas por meio do resfriamento do cilindro para a condensação do mesmo. Endividado, associou-se a John Roebuck, que o ajudou financeiramente. Um protótipo foi construído e sobre ele se realizou a correcção de algumas falhas. Matthew Boulton, dono de uma firma de engenharia, comprou a parte de Roebuck e deu início à construção das máquinas projectadas por Watt.Essa máquina, que permitiu aumentar em 75% o rendimento da maquina de Newcomen, foi patenteada por Watt em 1769. O ápice de suas invenções ocorreu depois que Boulton o instigou a converter o movimento recíproco do pistão para produzir uma grande força rotacional, tornando a manivela uma solução mais lógica e prática. Esta, juntamente com o mecanismo de biela-manivela inventado pelo inglês James Pickard em 1780, permitiu transformar o movimento retilíneo alternativo do êmbolo da máquina a vapor em um movimento rotativo de volante, contribuíram decisivamente para o avanço da Revolução Industrial.De 1776 a 1781 ele viajou pelo Reino Unido ajudando a instalar suas máquinas. Fez inúmeras outras melhorias e modificações nas máquinas a vapor, e também algumas que facilitaram a manufatura e instalação que foram continuamente implementadas. Criou a engrenagem central de sistema planetário, que permitiu à máquina desenvolver o movimento rotativo. Desenvolveu também um sistema de hastes conectadas a um pistão motriz, em um cilindro instalado verticalmente. Além de várias invenções que posteriormente foram por ele patenteadas, inclusive ajudou a produzir uma máquina que fora cinco vezes mais eficiente que as similares, iniciando a nova era industrial, pois utilizava combustível. Escreveu também um artigo para a Royal Society de Londres, em 1783, sugerindo que a água seria uma combinação de dois gases, idéia que viria a ser confirmada por Antonie Lavoisier. Watt descobriu também métodos de trabalhar com a expansão do vapor.E em 1777, Watt casou-se com Ann McGregor, com quem teve mais dois filhos, filha de um fabricante de tintas de Glasgow, que muito lhe ajudou. Sua segunda esposa falece em 1832.Por conta do perigo devido às altas temperaturas nas caldeiras, poderiam ocorrer vazamentos, tornando a manipulação perigosa. . Watt foi contra a ideia de ser o pioneiro na utilização de altas pressões de vapor, utilizando apenas baixíssimas pressões em suas máquinas.A fim de garantir os créditos de suas invenções e assegurar que nenhum outro estaria apto para realizar algo semelhante, arquivou suas patentes, escreveu em uma carta para Boulton, em 17 de agosto de 1784: "I have given such descriptions of engines for wheel carriages as I could do in the time and space I could allow myself; but it is very defective and can only serve to keep other people from similar patents" (Tenho dado tantas descrições de motores para vagões com rodas quanto pude no tempo e espaço que pude permitir; mas isso é muito defeituoso e apenas serve para manter outras pessoas com patentes semelhantes).Em 1785, Watt e Boulton tornaram-se membros da Royal Society. E Watt em 1790 completou os aperfeiçoamentos de sua máquina a vapor, a qual recebeu o seu nome e se tornou fundamental para o sucesso da Revolução Industrial. Essa então começou a ser rapidamente empregada ao bombeamento de água de minas, ao aquecimento de máquinas em moinhos de farinha, fiações, tecelagens e à fabricação de papel.Em 1800 a primeira patente de Watt expirou e ele, já na condição de um homem muito rico, aposentou-se, deixando para os filhos a direção de seus negócios. E em 1814, James tornou-se membro estrangeiro da Acedémie of Sciences (Academia Francesa de Ciência), e também da Sociedade Real de Edimburgo (Royal Society of Edinburgh) e da Sociedade Real de Londres (Royal Society of London).No ano de 1824 foram produzidas 1164 máquinas a vapor, tendo a potência de cerca de 26000 HP. E em 1974, Boulton & Watt estabeleceu a exclusiva manufatura de máquinas a vapor, tornando um ótimo empreendimento. Watt começou então a dedicar-se exclusivamente a novas invenções, como aperfeiçoamentos do motor a vapor, um pantógrafo para escultores e um copiador de cartas, por exemplo.Viveu de1736 a 1819 e em sua homenagem, devido a suas contribuições científicas, a unidade de potência do "International System of Units" (SI) recebeu o seu nome.OBS.: “Apresentou uma maquina eficiente e com mais vantagens.”

Joule: James Prescott Joule (Salford, 24 de dezembro de 1818 — Sale, Inglaterra, 11 de outubro de 1889) foi um físico britânico.Joule estudou a natureza do calor, e descobriu relações com o trabalho mecânico. Isso direcionou para a teoria da conservação da energia (a Primeira Lei da Termodinâmica). A nomenclatura joule, para unidades de trabalho no SI só veio após sua morte, em homenagem. Joule trabalhou com Lorde Kelvin, para desenvolver a escala absoluta de temperatura, também encontrou relações entre o fluxo de corrente através de uma resistência elétrica e o calor dissipado, agora chamada Lei de Joule.As idéias de Joule sobre energia não foram primordialmente aceitas, em partes por que elas dependiam de medições extremamente precisas, o que não era tão comum em física. No seu experimento mais bem conhecido (que envolvia a queda de um corpo que fazia girar uma haste com pás dentro de um recipiente com água, cuja temperatura ele mediu), era necessária a precisão de 1/200 graus Fahrenheit, o que seus contemporâneos não achavam possível. Os trabalhos de Joule complementam o trabalho teórico de Rudolf Clausius, que é considerado por alguns como co-inventor do conceito de energia.Resistências vieram, pois o trabalho de Joule contrariava o que todos da época acreditavam, que o calor era um fluido, o "calórico", e esse fluido não podia ser destruído nem mesmo criado. Joule, no entanto, dizia que o calor era apenas uma das formas de energia, e somente a soma de todas as formas é que permanecia conservada. Hoje em dia pode ser difícil entender tal atração na teoria do calórico, na época, essa teoria aparentava ter algumas vantagens óbvias. Joule estava propondo uma teoria cinética do calor, que viria a requer um conceito a mais: se o calor é devido a agitação das moléculas, por que então essa agitação não perdia sua intensidade gradualmente? As idéias de Joule necessitavam que se acreditasse que as colisões entre as moléculas seriam perfeitamente elásticas, mas devemos lembrar que os conceitos de átomos e moléculas ainda não eram completamente aceitos. A teoria de máquinas de calor de Carnot funcionava perfeitamente e era baseada no fato da existência do calórico, e somente depois foi provado por Lorde Kelvin que a matemática de Carnot seria igualmente válida sem se assumir a existência do calórico.A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência da termodinâmica, Joule e seus contemporâneos não entendiam inicialmente que os processos termodinâmicos deveriam ser irreversíveis. Eles viam a energia no universo como sendo um processo que poderia ser repetido indefinidamente através da reciclagem da mesma energia. Essa idéia, no entanto, só veio a cair com a descoberta da Segunda Lei da Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta da entropia.OBS.:”A máquina proposta pelo mesmo retirava calor de uma fonte quente, parte desse calor ele realizava um trabalho moendo um pistão e o restante ele rejeitava para uma fonte fria.”

Imagens do Heron:

Imagem do Watt:

Imagens do Joule:

Ciclos termodinâmicos

Os ciclos termodinâmicos envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases. Utilizam seus próprios gases de combustão como fluidos de trabalho. 

Esses ciclos são divididos em motores com tempos de dois e quatro. 

O motor de dois tempos: Completa-se a cada volta do eixo, compreendendo as etapas de admissão, compressão, transferência de calor e exaustão. O pistão atua como válvula, abrindo e fechando as aberturas da câmara de combustão, são utilizadas em motores de pequeno porte. 

O motor de quatro tempos: completam o ciclo a cada duas voltas. Para um pistão ocorre admissão e compressão numa volta e transferência de calor na outra. 

Nos ciclos termodinâmicos há combustão interna e externa. 

Combustão interna: 

- Motor de Otto: Ignição por faísca, motor a quatro tempos, mais eficiente, menos poluente e são mais usados em motos e automóveis. 

- Motor de Diesel: Ignição por compressão. Ocorre combustão do combustível pelas elevadas temperaturas do ar comprimido na câmara de combustão. 

- Motor de Brayton: Modelo para turbinas de gás. Seus processos de compressão, transferência de calor, expansão e exaustão ocorrem ao mesmo tempo, mas em locais diferentes. 

Combustão externa: 

- Motor de Carnot: Seu funcionamento é apenas teórico, e seu rendimento nunca chega a 100%. 

Funciona entre duas transformações isotérmica e duas adiabáticas alternadas, com menos perda de energia para o meio externo. Sua utilização tem objetivo de descobrir se a máquina térmica tem bom rendimento, ou seja, se ela trará lucros favoráveis à indústria. 

‘ Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada certa quantidade de calor da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria’. 

- Motor Rankine: Descreve a operação de turbinas a vapor comumente encontrados em estações de produção de energia. Em tais estações, o trabalho é gerado ao se vaporizar e condensar-se alternadamente um fluido de trabalho. Segue um ciclo fechado e é reutilizado. 

Num ciclo Rankine real, a compressão pela bomba e a expansão na turbina não são reversíveis, e a entropia aumenta durante os processos, assim a energia é maior que o trabalho. Já no reaquecimento opera utilizando duas turbinas em série, a primeira turbina recebe o vapor da caldeira à alta pressão, liberando-o de tal maneira a evitar sua condensação. Este vapor é então reaquecido, utilizando o calor da própria caldeira, e é utilizado para acionar uma segunda turbina de baixa pressão. Entre outras vantagens, isto impede a condensação do vapor no interior das turbinas durante sua expansão, o que poderia danificar seriamente as pás da turbina. 

- Motor de Ericsson: Seu aquecimento é externo e tem quatro processos neste ciclo. 

Compressão: O espaço da compressão é suposto para ser intercalado, assim que o gás submete-se à compressão isotérmica. Os fluxos de ar comprimidos em um tanque de armazenamento na pressão constante. No ciclo ideal, não há nenhuma transferência de calor através das paredes do tanque. 

Calor-adição: Do tanque, o ar comprimido corre através do regenerador, o calor em uma constante-pressão elevada na maneira ao poder-cilindro aquecido. 

Expansão: Espaço do poder-cilindro é aquecido externamente, e o gás submete-se à expansão isotérmica. 

Isobárica: Remoção do calor. Antes que o ar esteja liberado como a exaustão, está passado para trás através do regenerador, assim refrigerando o gás em uma pressão constante baixa, e aquecendo o regenerador para o ciclo seguinte.

Impactos

O primeiro impacto que se nota está relacionado com a chegada da empresa construtora ao local da obra e a montagem do canteiro. O aumento súbito da população pelos trabalhadores, aumento na circulação de máquinas pesadas que danifiquem as vias e modificam as características do trânsito local, crescimento da violência urbana, entre outros. A supressão da vegetação nativa, para ocupação da área, é também um grave problema. Por outro lado, há um crescimento das atividades econômicas por conta desse incremento populacional em regiões onde muitas vezes não existe nem energia elétrica. Há também o impacto relacionado com as populações atingidas pelo alagamento das propriedades, casas, áreas produtivas e até cidades inteiras. Podem-se incluir neste contexto os impactos pelas perdas de laços comunitários, separação de comunidades e famílias, destruição de igrejas, capelas, locais sagrados para comunidades indígenas e tradicionais que muitas vezes vivem isoladas. De uma hora para outra, a floresta se transforma em um lago. Essa mudança radical do ecossistema, se não for conduzida de maneira correta, tende a comprometer negativamente a flora e fauna local.Em algumas situações o turismo também pode ser afetado, pois além da perda da fauna e flora, as barragens e seu lagos, também destroem paisagens de rara beleza. 

Máquinas Térmicas e a Revolução Industrial:

Com a Revolução Industrial, as máquinas substituíram várias ferramentas e eliminaram algumas funções antes exercidas pelos operários. Nessa época, as máquinas térmicas foram mais utilizadas, a máquina térmica é um dispositivo que transforma calor em trabalho mecânico e o próprio inventor grego Heron. Somente no século XVIII vieram a ser construídas as primeiras máquinas térmicas capazes de realizar trabalho em escala industrial. As primeiras máquinas térmicas, inventada no século XVIII, consumiam grande quantidade de combustível para produzir um trabalho relativamente pequeno. Por volta de 1770, o inventor escocês James Watt apresentou um novo modelo de máquina térmica que veio substituir, com enormes vantagens as máquinas já existentes. a máquina de Watt funcionava da seguinte maneira: o vapor formado na caldeira à alta pressão penetra no cilindro através de uma válvula A que está aberta (neste momento uma outra válvula B está fechada). O pistom, é então, empurrado pelo vapor colocando em rotação uma roda a ele acompanhada. Quando o pistom se aproxima da extremidade do cilindro, a válvula A é fechada e a B é aberta, permitindo o escapamento do vapor para o condensador, o qual é continuamente resfriado por um jato de água fria. Assim o vapor se condensa, ocasionando uma queda de pressão no interior do cilindro, fazendo com que o pistom retorne à posição inicial. A válvula B é então fechada, enquanto a A é aberta, permitindo nova adimissão de vapor no cilindro, repetindo-se o ciclo. Desta maneira, a rota acoplada no pistom se manterá continuamente em rotação.

A máquina a vapor de Watt passou a ser amplamente usada nas fábricas, sendo consideradas um dos fatores que provocaram a famosa Revolução Industrial.

                        

      Tipos de motores existentes quanto a sua construção

Motor à Explosão: É um motor que utiliza a gasolina como combustível. Realiza trabalho queimando uma mistura de vapor de gasolina e ar dentro de um cilindro. Por esta razão, é também chamado motor de combustão interna. Quando a mistura de ar com combustível queima formam-se gases quentes. Estes expandem-se rapidamente e empurram as partes interiores do motor, levando-as mover-se. Este movimento pode rodas e hélices, ou operar máquinas. A potência de um motor à explosão, isto é, o trabalho que pode produzir, é geralmente expressa em cavalos-vapor ou watts.

Os motores à explosão são compactos e leves comparativamente a sua potência. Isto os torna mais usado em veículos. Automóveis, cortadores de grama, motocicletas, ônibus, aviões e pequenos barcos. Os motores à explosão também podem funcionar como usinas elétricas portáteis - por exemplo, para fornecer energia para acionar bombas e outras máquinas em fazendas. 

Tipos de motores à explosão :Existem dois tipos principais de motores à explosão: motores de movimento alternado ou motores alternativos e motores rotativos. Os motores alternativos possuem êmbolos que se move para cima e para baixo ou para frente e para trás. Uma parte chamada virabrequim transforma este movimento alternado em movimento circular, giratória, que aciona rodas. Um motor rotativo, conhecido também como motor Wenkel, utiliza rotores no lugar de êmbolos. Os rotores produzem diretamente o movimento giratório. Os motores a explosão alternativos são classificados (1) pelo número de tempos ou percurso do êmbolo em cada ciclo, (2) pelo tipo de compressão, (3) pelo modo em que são refrigerados, (4) pelo arranjo de suas válvulas, (5) pelo arranjo de seus cilindros e (6) pela maneira com são alimentados com ar e combustível.

Partes do Motor à Explosão: 

O bloco dos cilindros é uma estrutura rígida que mantém os cilindros em um alinhamento apropriado. Se o motor é refrigerado a líquido, o bloco é provido de camisa de água, isto é, possui passagem para o líquido em torno de cada cilindro. Em motores de automóveis, o bloco dos cilindros do motor forma uma única unidade. Em sua maior parte, os blocos dos cilindros são de ferro fundido ou de alumínio. 

Os cilindros são tubos nos quis podem deslizar os êmbolos para cima e para baixo no seu interior. Sua superfície bem polida possibilita um encaixe perfeito entre o êmbolo e o cilindro e evitam o escapamento dos gases no êmbolo. Os cilindros, na maioria dos motores de automóvel, são partes do bloco. Alguns motores têm uma manga de cilindro, de aço ou de ferro fundido especialmente endurecido. 

A cabeça do cilindro é uma peça fundida na parte superior do bloco do cilindro. A cabeça de cilindro, a face superior do cilindro e o opo de êmbolo formam a câmara de combustão, o local onde ocorre a queima da mistura ar-combustível. A cabeça do cilindro e bloco também podem constituir uma única unidade. 

O cárter do motor é onde uma estrutura rígida que suporta o virabrequim e o seu mancal. Nos motores, parte do virabrequim, ou o próprio virabrequim, pode integrar-se no bloco de cilindro. Um coletor de óleo aparafusado no fundo do cárter do motor contém o óleo de lubrificação do motor. 

Êmbolos e bielas Quando a mistura ar - combustível queima, os gases em expansão exercem uma força sobre o êmbolo. Esta força transmite-se, através de um biela, ao virabrequim. O êmbolo contém três a seis ou mais anéis com a finalidade de evitar que os gases escapem para seu exterior e para não deixa que o óleo lubrificante entre na câmara de combustão. 

O virabrequim transforma o movimento alternativo de vaivém dos êmbolos em movimento giratório. O virabrequim possui diversas manivelas, formando ângulos entre si. Por exemplo, um motor de quatro tempos, em linha e com seis cilindros perfaz seis tempos de explosão em duas revoluções do virabrequim. As manivelas são dispostas em ângulos de 120º uma em relação a outra, de modo que os tempos de explosão são uniformemente espaçados nas duas revoluções. 

O volante armazena energia durante a explosão do combustível e a libera durante os outros tempos, os que contribuem para o virabrequim gire a velocidade constante. 

Válvulas Em um motor de quatro tempos, cada cilindro tem uma válvula de admissão, e uma válvula de expulsão, para deixar que os gases já queimados escapem. Estas são as chamadas válvulas de gatilho. Em muitos motores de dois tempos, o movimento de êmbolo toma o lugar das válvulas separadas. Quando o êmbolo se move, fecha e abre os orifícios. 

O eixo de comando abre e fecha as válvulas. Localiza-se de um lado a outro do motor e tem dois excêntricos em cada cilindro - um para a válvula de admissão e um para a válvula de expulsão. Em um motor de quatro tempos, o eixo de comando é engrenado com o virabrequim, de modo a girar com a metade da velocidade do virabrequim. O eixo de comando pode ser localizado na cabeça de um motor com válvula de cabeça em I, ou no cárter do motor. Cada excêntrico age através do tucho ou vareta seguidora para abrir a válvula em ponto adequada no ciclo do motor.

             Avanços da indústria automotiva

Motores modernos- eficiência e consumo 

São os motores que na maioria das vezes, possuem as seguintes características:

Injeção Eletrônica

É uma das grandes inovações tecnológicas do automóvel. Surgiu na década de 1980 e foi aperfeiçoada na de 1990. A injeção, mesmo antes de contar com gerenciamento eletrônico, veio para substituir o velho carburador e agregar mais eficiência ao motor, principalmente quanto às emissões gasosas pelo escapamento. Como ocorria com o carburador, a função deste equipamento é fazer a mistura de ar e combustível, só que nos modernos sistemas isso é feito de maneira extremamente precisa.

Flex: São aqueles que utilizam dois tipos de combustíveis, por exemplo, gasolina e etanol, em média, rodar apenas com etanol consome até 30% mais que andar com 100% de gasolina no tanque. Por outro lado, um carro a etanol polui, em média, 30% a menos que um carro a gasolina.

Diferença entre motores (1.0,2.0 etc.) e suas válvulas:

AQUI NO BRASIL TEM O COSTUME DE FAZER REFERENCIA A POTENCIA DO MOTOR PELA LITRAGEM DO MESMO. NOS EUA ELES COSTUMAM FALAR EM DESLOCAMENTO CÚBICO DO MOTOR. 

ENTÃO A MEDIDA EM CILNDRADAS DOS MOTORES. 1.0-MIL CILINDRADAS, E ASSIM POR DIANTE,. QUANTO MAIOR O NUMERO, MAIOR É A POTENCIA DO MOTOR (isso varia de acordo com a concepção de cada motor, mas digamos que todos fossem iguais em sua formulação... todos 8 válvulas, injeção multi ponto, sem mais variações e avanços tecnológicos no mesmo)então o motor 1.0 - mil cilindradas, o motor 1.6 mil e seiscentas cilindradas quanto maior a cilindrada maior o tamanho do piston.... Um motor com o mesmo tamanho de piston, mas, com curso maior já diferencia a força e potencia do mesmo, mas isso é outra história... Basicamente quanto maior for a indicação do motor 1.0. 1.6 etc.. Maior e mais forte é o mesmo. 

Motores quatro cilindros podem ser de 8 ou 16 válvulas, que são as válvulas de admissão e descarga, ficam no cabeçote do mesmo, um carro 1.0 com 16 válvulas´, apesar de ser 1.0 é mais forte que outro 1.0 com 8 válvulas.

V8.. Nome dado a motores oito cilindros, 4 de cada lado dispostos em angulo geralmente de 45 graus. Fazendo assim a imagem de um "V"

V6...... V8.....V10.....e...V12 

RPM é rotação por minutos do motor, a quantidade giros (voltas completas) que o motor faz em um minuto.

TORQUE... é a força do motor, medidas geralmente em KGF.

um motor de alta cilindrada geralmente oferece um bom torque, pois é forte, e o carro anda com mais facilidade e menos giro do motor.

O motor funciona impulsionado por explosões que ocorrem nos cilindros. Logo, alguma coisa tem que entrar no pistão para ser explodido e o resultado da explosão tem que sair por algum lugar. No motor, o que entra para explodir é uma mistura de ar e combustível, e o que sai é uma mistura de gases. Para que essas misturas possam entrar e sair, são necessárias válvulas. Imagine a válvula da descarga de um banheiro: Quando se aperta ela abre, e passa o fluxo (a água para a privada, o ar com combustível que entra no cilindro, ou os gases que saem) ; quando ela é solta, uma mola devolve à posição original, e a válvula fecha, interrompendo o fluxo.

Então, todo cilindro, necessariamente tem duas válvulas: Uma para entrada da mistura e outra para saída dos gases. Como um motor comum tem quatro cilindros, ele tem pelo menos oito válvulas, ou 8 v. Acontece que, se cada cilindro tiver mais válvulas para entrada e saída, ele recebe e expulsa melhor o fluxo, o que aumenta a força de suas explosões. Se cada um dos quatro cilindros tiver quatro válvulas, temos um motor 16 v. 

O motor V8 mais comum também é um 16 v, já que cada cilindro tem duas válvulas. Não é possível ter um V6 16 v, já que 16 não é divisível por 6. Mas são possíveis motores V6 com 12v, 18v (duas de entrada e uma de saída em cada cilindro, ou vice-versa) e 24v.

Conclusão:

Através deste, tivemos um entendimento bem melhor a respeito das máquinas térmicas e motores existentes em nosso meio, aprendemos os ciclos termodinâmicos e quais foram os principais cientistas envolvidos.

Verificamos que ao passar do tempo a indústria automotiva sofre diversos avanços, possibilitando qualidade, eficiência e menor consumo as pessoas, e que a cada dia que passa novos motores e máquinas estão sendo inventados e criados gerando benefícios ao ser humano.

Bibliografia:

pt.wikipedia.org/wiki/Máquina_térmica

http://www.infoescola.com/fisica/maquina-termica/

http://pt.wikipedia.org/wiki/Heron_de_Alexandria

http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/JameWatt.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A2mico
http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/maquinas-termicas.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor

http://www.colegio24horas.com.br/ogloboeducacao2006/abrirpdfae.asp?p=080Fisica&s=&a=ae0003_11la_20060907000000.pdf

http://www.adorofisica.com.br/trabalhos/fis/equipes/maquinasavapor/

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/motor-explosao/motor-explosao.php