Question

Carros movidos a energia elétrica ainda demorarão para substituir os carros movidos a combustão. As mudanças devem ser cadenciadas porque, por um lado, a eletrificação está em implementação (requer desenvolvimento de vias, formas de geração de energia e infraestrutura para recarga) e, por outro, a indústria automobilística está toda fundamentada na produção dos veículos de combustão interna. Isso implica milhares de empregos, são mais de 8 milhões de postos diretos, no mundo.
Ainda existem aplicações em que os elétricos não conseguem substituir os movidos a gasolina, etanol ou diesel. É o caso dos veículos usados no transporte de cargas e de longas distâncias. Isso porque as baterias ainda pesam muito e têm pouca autonomia (QUATRO RODAS, março de 2018).
Motores elétricos apresentam um rendimento que pode superar 85%, enquanto os a combustão, apresentam rendimentos próximos aos 35% (GESTÃO NO CAMPO, 2018). No entanto, o que tudo indica, é que os motores de combustão evoluirão nos próximos anos, melhorando a eficiência e emissão de produtos tóxicos.
Mas, como funciona um motor a combustão de um carro segundo a termodinâmica? Nesta máquina térmica, o calor quente é cedido pela combustão para produzir o trabalho mecânico, de giro de um eixo, que por sua vez movimenta as rodas. Como não existe nenhuma máquina com um rendimento de 100%, o calor quente não é totalmente transformado em trabalho. Parte do calor quente é rejeitado para a fonte fria, através da eliminação de gases e calor para a atmosfera, calor este denominado como frio. A Figura a seguir apresenta um esquema de funcionamento de um motor térmico com relação as energias trocadas, calor e trabalho.

Considerando o carro de sua família ou de algum conhecido:

a) Informe a potência do motor deste carro em cv e converta para W (watt). 1 cv = 735,5 W .

b) Com base na potência calculada no item anterior e em um rendimento de 35%, calcule o calor gerado na combustão que ocorre no motor. Lembre-se que potência é trabalho sobre tempo (P=W/t), então, para efeito de cálculo, considere um tempo de 1 s para cálculo do trabalho.

c) Estime a temperatura quente de combustão. Para isso suponha um motor ideal e, se necessário, considere como a temperatura ambiente a temperatura de sua região neste momento.

Answer 1

Olá, tudo bem?

Considerando, por exemplo, que o carro da minha família é um Gol 1.0 que possui 75 cv de potência:

a) Sabendo que 1 cv  = 735,5 W:

1 cv ---------- 735,5 W

75 cv -------     x

x = 55162,5 W ou 55,16 kW

b) Rendimento = 35%

P = W/t  

W =  P. t

Considerando o tempo t = 1 s:

W = 55162,5 . 1

W = 55162,5 J ou 55,16 kJ

N  = 35% (rendimento) = 0,35

N = W/Q  

Q = W/N

Q = 55162,5/0,35

Q = 157607,14 J ou 157,61 kJ

c) Supondo um motor ideal, temos que:

N = 1 – Tf/Tq

N - 1 = - Tf/Tq

Tf/Tq = 1 – N

Tq = Tf/1-N

Supondo a temperatura ambiente da minha região = 24 ºC, temos:

Tq = (24 + 273)/1-0,35 =  297/0,65

Tq = 456,9 K

Espero ter ajudado!