Motor térmico
Na engenharia e termodinâmica, um motor térmico converte a energia térmica em trabalho mecânico, utilizando a diferença de temperatura entre uma "fonte" quente e uma "pia" fria. O calor é transferido da fonte, através do "corpo de trabalho" do motor, para a "pia", e neste processo parte do calor se transforma em trabalho utilizando as qualidades do gás ou líquido dentro do motor.
Há muitos tipos de motores térmicos. Cada um tem um ciclo termodinâmico. Os motores térmicos são muitas vezes nomeados em função do ciclo termodinâmico que eles utilizam, como o ciclo Carnot. Muitas vezes eles captam nomes cotidianos, tais como motores a gasolina/gasolina, turbina ou a vapor.
Os motores de combustão interna geram calor dentro do próprio motor. Outros motores de calor podem absorver calor de uma fonte externa. Os motores térmicos podem ser abertos para o ar ou selados e fechados para o exterior (isto é chamado de ciclo Aberto ou Fechado).
Figura 1: Diagrama do motor térmico. TH é a fonte de calor e TC o dissipador frio. QH é o calor que flui para o motor. QC é o calor residual que vai para o dissipador de calor frio. W é o trabalho útil que sai do motor.
Visão geral
Quando os cientistas estudam motores térmicos, eles apresentam idéias para motores que na verdade não podem ser construídos. Estes são chamados de motores ou ciclos ideais. Motores de calor reais são freqüentemente confundidos com os motores ou ciclos ideais que eles tentam imitar.
Normalmente, ao descrever o dispositivo físico, o termo "motor" é usado. Ao descrever o ideal, o termo 'ciclo' é usado.
Poder-se-ia dizer que o ciclo termodinâmico é um caso ideal do motor mecânico. Poder-se-ia igualmente dizer que o modelo não se ajusta perfeitamente ao motor mecânico. Entretanto, muitos benefícios são obtidos com os modelos simplificados, e casos ideais que eles podem representar.
Em termos gerais, quanto maior a diferença de temperatura entre a fonte quente e a pia fria, mais eficiente será o ciclo ou o motor. Na Terra, o lado frio de qualquer motor térmico está limitado à temperatura do ar do local onde o motor está.
A maioria dos esforços para melhorar a eficiência dos motores de calor vai para aumentar a temperatura da fonte de calor, mas a temperaturas muito altas o metal do motor começa a amolecer.
A eficiência de vários motores térmicos propostos ou utilizados atualmente varia de 3% (97% de calor desperdiçado) para a proposta de energia oceânica OTEC até 25% para a maioria dos motores automotivos, até 45% para uma usina de carvão supercrítico, até cerca de 60% para uma turbina a gás de ciclo combinado resfriada a vapor. Todos estes processos ganham sua eficiência (ou falta dela) devido à queda de temperatura que os atravessa.
O menos eficiente, OTEC, usa a diferença de temperatura da água do oceano na superfície e da água do oceano das profundidades, uma pequena diferença de talvez 25 graus Celsius, e por isso a eficiência deve ser baixa.
A mais eficiente, a turbina a gás de ciclo combinado queima o gás natural para aquecer o ar a quase 1530 graus Celsius, uma grande diferença de temperatura de 1500 graus Celsius, e por isso a eficiência pode ser muito grande quando o ciclo de resfriamento a vapor é adicionado.
Exemplos cotidianos
As pessoas usam principalmente motores de calor onde o calor vem de um incêndio que expande um fluido de trabalho (geralmente água ou ar) e o dissipador de calor é um corpo de água ou a atmosfera como em uma torre de resfriamento.
Os mais conhecidos que utilizam a expansão de gases aquecidos incluem: o motor a vapor, o motor diesel e o motor a gasolina (gasolina) em um automóvel.
O motor Stirling é muito mais raro, mas é encontrado em modelos pequenos, que podem escapar do calor de uma mão.
Um tipo de motor de aquecimento de brinquedo é o pássaro que bebe.
Uma faixa bimetálica é um dispositivo que converte a temperatura em movimento mecânico e é usada em termostatos para controlar a temperatura. É um motor térmico que não utiliza um líquido ou gás.
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Perguntas e Respostas
P: O que é um motor térmico em engenharia e termodinâmica?
R: Um motor térmico é um dispositivo que converte energia térmica em trabalho mecânico, utilizando a diferença de temperatura entre uma "fonte" quente e um "dissipador" frio.
P: Como funciona um motor térmico?
R: O calor é transferido da fonte para o dissipador por meio do corpo de trabalho do motor e, nesse processo, parte do calor é convertida em trabalho usando as propriedades do gás ou líquido dentro do motor.
P: Quais são os ciclos termodinâmicos associados aos motores térmicos?
R: Há muitos tipos de motores térmicos, cada um com um ciclo termodinâmico específico. Eles recebem o nome do ciclo termodinâmico que usam, como o ciclo de Carnot.
P: Quais são alguns exemplos de motores térmicos com nomes de objetos do cotidiano?
R: Alguns exemplos de motores térmicos com nomes de objetos do cotidiano incluem motores a gasolina/petrol, motores de turbina e motores a vapor.
P: Como os motores de combustão interna geram calor?
R: Os motores de combustão interna geram calor dentro do próprio motor.
P: Os motores térmicos podem ser abertos ao ar?
R: Sim, os motores térmicos podem ser abertos para o ar ou selados e fechados para o exterior. Isso é chamado de ciclo aberto ou fechado.
P: Todos os motores térmicos absorvem calor de uma fonte externa?
R: Não, embora alguns motores térmicos possam absorver calor de uma fonte externa, outros podem gerar calor dentro do próprio motor.
