Máquinas Térmicas
No estudo da termodinâmica, que é caracterizado como um ramo da física que analisa os efeitos e as causas de determinadas modificações na pressão, no volume e na temperatura, além de outras grandezas termodinâmicas essenciais, as máquinas térmicas são denominadas como os sistemas responsáveis pelo câmbio de energia térmica ou de calor em trabalho mecânico. Tal processo ocorre no momento em que uma fonte de calor converte um elemento qualquer de pouca temperatura para uma temperatura mais elevada.
Esse elemento, que pode ser vapor ou gás em dilatação térmica transporta, por meio da dilatação, a energia localizada dentro da máquina térmica, ligando o processo mecânico até a realização do trabalho. No percurso do processo de dilatação, acontece a perda de calor para o meio por parte do elemento. Logo, podemos dizer que esse trabalho realizado é determinado através das transferências de calor.
Ainda, é possível afirmarmos que as máquinas térmicas se diferenciam de outras formas pelo simples motivo de atuarem, fundamentalmente, conforme o Ciclo de Carnot. Ciclo, este, que tem como base a máquina de Carnot, em que o seu funcionamento se dá por meio de duas variações isotérmicas e duas adiabáticas. Ambas ocorrem de maneira alternada e permitem uma perda de calor, a energia, em menor proporção para a fonte fria, que vem do meio externo.
Muito embora possuam certa limitação no que se refere à eficiência, as máquinas térmicas possuem uma vantagem enorme se comparada com outras. A sua principal vantagem é que elas podem transformar em calor vários tipos de energia através da combustão, chamada de reação exotérmica ou, ainda, por meio da fricção, da absorção de luz de fragmentos energéticos, da resistência e da dissipação. Nesse processo, a energia é considerada versátil e pode ser aplicada de diversas formas, já que a fonte de calor, responsável pelo abastecimento das máquinas térmicas, é capaz de ser gerada potencialmente.
As máquinas térmicas a partir de uma visão generalizada
Podemos dizer que na área da termodinâmica, as máquinas térmicas são projetadas, frequentemente, para serem utilizadas a partir de um padrão. Um deles é o Ciclo Otto, que é avaliado como um ciclo termodinâmico responsável por arquitetar o funcionamento de alguns motores que funcionam a partir da queima interna de combustão por centelha. Para facilitar, é possível expandir e melhorar o modelo teórico a partir de informações legítimas de um motor em pleno funcionamento, tendo como base dados de um esquema indicador. Até a sua criação, houve poucas mudanças no modelo padrão, por isso, é permitido expor que um ciclo termodinâmico é visto como um caso perfeito de um motor mecânico.
De forma geral, a divergência na temperatura que se dá entre o dissipador frio e a fonte de calor é proporcional a eficácia térmica total e possível do ciclo em questão. Ou seja, a baixa temperatura da máquina térmica, calculada em aproximadamente 300 kelvins, é restrita à temperatura do lugar. Dessa forma, grande parte do que se faz para aprimorar as eficácias termodinâmicas das máquinas térmicas é baseada na elevação da temperatura de origem. Temperaturas, estas, que precisam estar nos padrões limites dos materiais.
No que diz respeito à classificação, as máquinas térmicas podem ser identificadas assim:
• Potência: na maioria das vezes se calcula em cavalo vapor (CV) ou em quilowatts (kW) e proporciona ao motor algo próximo ao ponto máximo de potência. No entanto, é muito confundida com a eficiência do combustível já que ela é considerada como alta;
• Rendimento: é caracterizado a partir da eficácia no funcionamento da máquina térmica. Normalmente, esse processo se dá por meio do trabalho que ela realiza.
Alguns exemplos
Como vimos anteriormente, as máquinas térmicas funcionam por meio da troca de calor em trabalho e têm como base duas fontes divergentes de temperatura: uma quente (de onde vem o calor) e uma fria (para onde vai o calor não aproveitado). Vale lembrar que o desempenho de uma máquina de calor nunca chaga a 100%. Ou seja, elas não são capazes de transformar todo o calor em trabalho. Confira alguns exemplos de máquinas térmicas.
• Motor a combustão: habitualmente relacionado aos automóveis, o motor a combustão é classificado como uma máquina térmica capaz de converter em trabalho a fonte de calor, ou seja, a energia térmica;
• Motor a vapor: é encontrado na locomotiva a vapor ou Maria Fumaça, popularmente conhecida assim em função da fuligem e do vapor que soltava no primeiro vagão. Permite a sua classificação como máquina térmica porque tem relação com o vapor que age diretamente no pistão, empurrando-o. Assim, é na caldeira desse equipamento que o combustível cumpre o seu papel, ou seja, é queimado;
• Geladeira: este maquinário é classificado como uma máquina térmica no que se refere ao calor desperdiçado, e não no trabalho que ele realiza. À primeira vista, esta maneira de pensar parece equivocada, já que o que vimos até aqui é que uma máquina térmica se caracteriza como tal a partir do trabalho que realiza, ou seja, a conversão de calor em trabalho e não o contrário. No entanto, o método de refrigeração da geladeira se baseia no princípio de que quanto mais calor for desperdiçado, maior e mais eficaz será a sua rentabilidade.