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Evolução dasmáquinastérmicas
André OliveiraC.E. Erich Walter
Heine
Introdução
Máquinas à vapor
Máquina deHeron
Marmita dePapin e a panelade pressão
A máquina depressão industrial
Máquina deJames watt
Máquina deCarnot
Evolução
Evolução das máquinas térmicas
André OliveiraC.E. Erich Walter Heine
30 de março de 2013
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Máquinas à vapor
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Marmita dePapin e a panelade pressão
A máquina depressão industrial
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Evolução
De�nição:
MÁQUINA TÉRMICA é um dispositivo que utiliza o calortrocado entre corpos com diferentes temperaturas para ageração de outro tipo de energia, principalmente energiamecânica. Portanto, ela converte calor em trabalho.
Figura: Necessitamos de uma fonte fria e uma fonte quente para gerar o trabalho.
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Marmita dePapin e a panelade pressão
A máquina depressão industrial
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Exemplos de máquinas a vapor que revolucionaram ascomunicações, migrações, turismo e expansõescomerciais.
Figura: Trem a vapor Figura: Navio a vapor.
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HERON, de Alexandria, viveu no século anterior aonascimento de Jesus Cristo. Grande sábio e matemáticoinventou a equação para a área de um triângulo (A = b.h
2).
Inventou uma máquina chamada de eolípila para provar apressão atmosférica.
Figura: Exemplo ilustrativo da máquina deHeron.
A eolípila é uma esfera ocacheia de água e com doiscanudos curvados. Aquecida aágua a esfera girava.
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Figura: Denis Papin
Físico, matemático, médico e inventor francês viveu no séculoXIX.Inventou uma máquina que foi a precursora da panela depressão, a Marmita de Papin.
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Figura: Marmita de Papin
Figura: Outra marmita de Papin
A primeira foto é feita de umcilíndro, onde colocava-se ocombustível e um outro cilíndroonde aquecia-se a água tampada�rmemente com apenas dois furos.Conseguia-se aquecer a água bemacima dos 100oC( à pressãoatmosférica).
A partir desse experimento, Papininventou uma rústica máquina parabombear água para cima do palácio.Ou seja, inventou a bomba d'água.
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Evolução
I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.
I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.
I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.
I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.
I A pressão interna pode chegar a → 2 atm
I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC
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Evolução
I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.
I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.
I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.
I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.
I A pressão interna pode chegar a → 2 atm
I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC
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I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.
I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.
I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.
I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.
I A pressão interna pode chegar a → 2 atm
I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC
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Evolução
I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.
I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panelaaumenta.
I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressãointerna maior que a externa.
I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna atéque seja possível levantar o pino.
I A pressão interna pode chegar a → 2 atm
I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC
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Evolução
I Temperatura de fusão da água na panela a patm = 1atm → 100oC.
I Quando tampada �rmemente → pressão dentro da panela aumenta.
I Uma pequena abertura onde localiza-se o pino → torna a pressão interna maior que aexterna.
I A água aquece e evaporiza → aumentando a pressão interna até que seja possívellevantar o pino.
I A pressão interna pode chegar a → 2 atm
I Para essa pressão a temperatura chega a → 120oC
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Uma pressão muito grande pode fazer a panela explodir caso o pinoesteja entupido ou travado.
Por esse motivo as panelas dispoem de uma trava de borracha desegurança. A pressão muito grande ela solta-se e alivia-se a pressão.
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Figura: Thomas Savery. Inglês queinventou e patenteou a primeira máquina avapor em 1698.
Figura: A máquina de Savery.
A primeira máquina realmente funcional foi a de ThomasSavery(séc.XVII) para resolver um problema de grandeescala.
I Com a madeira esgotando-se a Inglaterra utilizava o carvãomineral como fonte energética.
I As minas de carvão inundavam-se frequentemente.
I Savery inventou a bomba a vapor que retirava essa água da usina.
O problema da máquina de Savery era que funcionanva sob alta
pressão, tornando-a perigosa.
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Figura: Newcomen
Figura: A máquina de
Newcomen.
Thomas Newcomen em 1705 usava, pela primeira vez, um conjuntocilindro-pistão e era um legítimo substituto para a tração animal. Eleera sócio de Savery.
I Construiu cilindros polidos.
I Desperdiçava grande quantidade de energia.
I Utilizada por muitos anos. Foi o marco da Primeira Revoluçãoindustrial.
Recomendado por Leibniz, Papin voltou a trabalhar com o aperfeiçoamente de máquinas a
vapor e inventou o primeiro barco a vapor em 1709.
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Figura: James Watt Figura: A máquina de Watt.
Patenteada em 1769.
James Watt, mecânico escocês, inventou o condensador,resolvendo o grande problema de resfriamento da máquina deNewcomen.Isso aumentou muito o rendimento e diversi�cou o uso dessemecanismo.
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Figura: Sadi Carnot Figura: Bomba de calor de
Carnot.
Sadi Carnot(1796-1832) foi um físico e engenheiro francês.Carnot foi o primeiro a teorizar a máquina térmica, fugindodo estudo praticamente empírico realizado pelos anterios. Eleapresentou um modelo cientí�co para o melhoraproveitamento dessas máquinas. Estudaremos o ciclo deCarnot após as primeiras leis da termodinâmica.
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Importância da máquina a vapor
Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.
Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.
1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga
Étienne Lenoir
Utilização ainda hoje:
I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.
I Nos motores a explosão.
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Máquinas à vapor
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A máquina depressão industrial
Máquina deJames watt
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Evolução
Importância da máquina a vapor
Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.
Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.
1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga
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Utilização ainda hoje:
I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.
I Nos motores a explosão.
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Máquinas à vapor
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Marmita dePapin e a panelade pressão
A máquina depressão industrial
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Evolução
Importância da máquina a vapor
Figura: Primeiro automóvel. Um motor avapor em uma carreta.
Figura: Modelo Ford T, conhecido comoFord de Bigode, no Brasil. Lançado nos E.U.A.em 1908 foi o primeiro carro amplamenteutilizado.
1820 Utilizada em locomotiva.1841 Em máquinas agrícolas, em debulhadoras.1863 Primeiro automóvel. Construído pelo engenheiro belga
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Utilização ainda hoje:I Usinas termoelétricas.I Usinas de siderurgia.I Caldeiras em usinas.
I Nos motores a explosão.
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Evolução
Motor a explosão de um carro.