Qual o estado físico do fogo?

Existem compensações extremamente maravilhosas que acontecem na sala de aula! Estávamos discutindo processos industriais, quando o estudante Carlos André (Automação 4V) perguntou-me sobre o estado físico do fogo. Depois de uma pequena pausa para organizar as ideias respondi-lhe que o fogo está no estado de PLASMA. Mas, como costumeiramente faço, aprofundei-me ao tema para obter maiores informações. 

Qual o estado físico do Fogo?

Pesquisando agora confirmei minha informação e constatei alguns dados muito interessantes. O estado de plasma também ocorre no centro da terra (magma) quando ocorre um efeito de cargas positivas e negativas em enormes proporções de partículas carregadas de íons. Este efeito magmático atrai para o centro da terra a energia elétrica em um fluxo definido. Por este fato, escutamos o termo aterramento de instalações elétricas, para evitar que na falta deste, sejamos nós os condutores deste fluxo de corrente elétrica dos circuitos. 

No magma terrestre encontramos cargas iônicas elevadas e uma grande concentração de gases em estado de combustão (plasma). Logo, o fogo está em estado de plasma, chamado pelo físico inglês W. Clux de o quarto estado fundamental da matéria, por conter propriedades diferentes do estado sólido, líquido e gasoso. Os vulcões são resultado de um descontrole na geração de energia interna do sistema, quando estão em erupção buscam reduzir a pressão interna e o rompimento se dá onde há deslocamento de placas rochosas agrupadas de maneira superficial.

O termo plasma, na Física, foi utilizado pela primeira vez pelo físico americano, Irving Langmuir no ano de 1928, quando estudava descargas elétricas em gases. A palavra plasma vem da medicina onde é utilizada para apontar perturbação ou estado não distinguível. 

Na superfície da Terra o plasma só se forma em condições especiais. Devido a força gravitacional da Terra ser fraca para reter o plasma, não é possível mantê-lo confinado por longos períodos como acontece no Sol. O Sol, assim como todas estrelas que emitem luz se encontram no quarto estado da matéria. 

Na ionosfera terrestre, temos o surgimento da Aurora Boreal, que é um plasma natural, assim como o fogo. São sistemas compostos por um grande número de partículas carregadas, distribuídas dentro de um volume (macroscópico) onde haja a mesma quantidade de cargas positivas e negativas.

Concluindo, os estados físicos da matéria atualmente são seis ou possivelmente sete, já que o zero absoluto não deve ser descartado como estado de uma substância. Os estados físicos da matéria são: sólido, líquido, gasoso, plasma, condensado de Bose-Einstein, condensado fermiônico e possivelmente o zero absoluto.

O Maior Motor Diesel do Mundo

O Wärtsilä-Sulzer RTA96-C é o motor Diesel mais potente do mundo atualmente. É de dois tempos, turboalimentado com sistema de injeção Common-Rail e é o mais eficiente que já se conseguiu construir. Fabricado em Aioi, no Japão, pela Diesel United com tecnologia Wärtsilä, de cujo site essas imagens foram colhidas, o RTA96-C impressiona. Está sendo produzido em versões de 6 a 14 cilindros em linha. Foi projetado inicialmente para aplicação em navios porta-container, mas encontra utilização em qualquer grande embarcação similar propelida por um único motor. Alguns dados impressionantes: Diâmetro da Camisa: 960 mm Curso do Pistão: 2.500 mm Cilindrada: (volume de um único cilindro) = 1.820 litros. (Mais do que mil motores automotivos 1.8). Para a versão de 14 cilindros, a cilindrada total é 25.480 litros! Potência por cilindro: 7.780 HP. Para a versão de 14 cilindros, são 108.920 HP (Com essa potência é possível tocar uma frota de uns 800 ônibus urbanos). Peso total para a versão de 14 cilindros: 2.300 toneladas (A árvore de manivelas sozinha pesa 300 toneladas). Comprimento: 26,53 metros Altura: 13,52 metros (Isso é mais do que um prédio de 4 andares!) Rotação: 92 a 102 RPM O consumo específico de combustível é de 120 a 126 gramas por HP por hora. Este é o consumo específico mais baixo de que se tem conhecimento, para qualquer motor Diesel, o que resulta num rendimento térmico superior a 50%. Para se ter uma idéia de comparação, os motores automotivos e de pequenas aeronaves tem consumo específico de combustível entre 182 e 272 gramas por HP por hora, com eficiência térmica de 25 a 35%. Apesar da alta eficiência, quando a plena carga este colosso consome 6.284 litros (1.660 galões) de óleo pesado por hora. Os componentes internos deste motor tem algumas diferenças em relação aos motores Diesel automotivos e estacionários conhecidos. A cabeça da biela não é diretamente ligada ao pistão. Há uma articulação entre a biela e uma haste que se fixa ao pistão. Dessa forma, os esforços do conjugado mecânico não são transmitidos às camisas dos cilindros, o que elimina o desgaste lateral conhecido como ovalização. Os pistões são arrefecidos a óleo, como nos motores estacionários menores mas tem coroas de aço forjado e as câmaras de combustão têm 3 injetores simetricamente dispostos nos cabeçotes. Os mancais fixos têm casquilhos de 965 mm de diâmetro e largura de 406 mm. Com o aproveitamento do calor dos gases de escape do RTA96C, é acionado um turbogerador de 9.860 kW. A planta é composta por uma turbina diretamente acionada pelos gases de escape (esquerda) combinada com uma turbina a vapor, acionada por vapor gerado com o calor dos gases de escape (centro) e o alternador (direita). Veja (Vídeo do maior motor do mundo). Fonte: www.perfectum.eng.br/MaiorMotorDiesel.htm

Curiosidades da Refrigeração

O sul-coreano Suh Won-Gil(foto), de 39 anos é o inventor de uma latinha que, no momento em que é aberta, gela a bebida contida nela. Desde 1985, Suh Won-Gil vinha trabalhando no projeto de embalagem com sistema de auto-refrigeração. O grande desafio era fazer com que a temperatura caísse rapidamente. Nos primeiros protótipos, o líquido demorava até três minutos para resfriar. O modelo leva apenas quinze segundos para fazer com que a temperatura da bebida no interior da lata despenque de 30 graus Celsius para até 4 graus.

Do lado de fora, a latinha auto-refrigerante é igual a qualquer outra, com as mesmas dimensões e material. Dentro, existe uma serpentina oca de metal, toda preenchida com gás carbônico. Sua parte superior fica ligada ao anel usado para abrir a lata. Uma vez aberta, o gás é liberado. Ao ser expelido bruscamente, esfria a serpentina de tal forma que a bebida em contato com ela também fica gelada. Segundo Suh Won-Gil, a tecnologia pode ser adaptada para garrafas. Essa não é a primeira técnica criada para auto-refrigeração de latinhas, mas parece ser a melhor e a mais viável economicamente. Uma delas, baseada num sistema a vácuo, demorava mais de dois minutos para gelar a bebida e tinha um custo de produção altíssimo. "O preço da nossa latinha varia de 8 a 12 centavos de dólar, para produção em larga escala", diz Suh Won-Gil. Poucos centavos a mais do que as embalagens tradicionais, que custam em média 7 centavos. Outra novidade no ramo das "latinhas inteligentes" está prestes a ser lançada na Inglaterra, pela Nestlé. Em parceria com a Universidade de Southampton, a multinacional desenvolveu uma embalagem térmica de Nescafé, batizada de "Hot when you want" ("Quente quando você quer"). Basta apertar um botão na base da lata que o café chega a 60 graus Celsius em três minutos.

Refrigeração - Eletrotécnica - Aula 05

Nos sistemas de pequena capacidade como geladeiras, freezers e aparelhos condicionadores de ar, o dispositivo de expansão do fluido refrigerante utilizado é o tubo capilar. É um tubo de pequeno diâmetro, com determinado comprimento, que fica parcialmente enrolado no bulbo (filtro secador), este tem a função de fazer a ligação entre a saída do condensador e a entrada do evaporador. Essa diferença de diâmetro permite a expansão do fluido em estado líquido, quando este é forçado pelo motocompressor a sair do evaporador, causando uma reação endotérmica, absorvendo o calor do ambiente a ser refrigerado. Os tubos capilares são fabricados de cobre, latão ou ligas mais leve com uma porcentagem de cobre. Quando o motocompressor é desligado, ao atingir a eficiência térmica dos sistemas de refrigeração e climatização, ocorre um equilíbrio entre a pressão alta e baixa do sistema. Por este fato, nos sistemas de refrigeração de pequeno porte, como em nossa geladeira, não existe um reservatório propriamente dito, todo o ciclo de refrigeração é alimentado por uma quantidade mínima e controlada de fluido refrigerante. Essa quantidade é apenas para satisfazer a capacidade de evaporação e manter a vedação do sistema, com uma quantidade de refrigerante líquido entre a saída do condensador e o bulbo. Os tubos capilares apresentam como vantagens o baixo custo, por ser de cobre, a simplicidade por não apresentarem partes móveis, a redução da quantidade e custo do fluido refrigerante, pois descarta a utilização de um reservatório de fluido, o que em caso de um vazamento (entropia), causaria um prejuízo ainda maior. Porém, esse tubo, pode apresentar risco de quebra por ser frágil, além da impossibilidade da regulagem do fluxo do fluido refrigerante.As válvulas mecânicas permitem, através do deslocamento de um diafragma, o fluxo do fluido refrigerante para o sistema de refrigeração ou climatização. São também conhecidas como válvulas de equalização interna. Seu acionamento se dá, através da dilatação térmica do mercúrio contido em um bulbo, que fica em contato com o evaporador. Na outra extremidade, temos o mercúrio em contato com uma lâmina, que controla o fluxo do fluido, abrindo ou fechando a válvula, de acordo com a eficiência térmica encontrada no evaporador. Se a temperatura no interior do evaporador aumenta, o mercúrio se dilata pressionado o diafragma, forçando a passagem do fluido até que a temperatura vá se corrigindo, até atingir o ponto de eficiência (set point), quando a lâmina volta a se comprimir termicamente, eliminando a pressão sobre o diafragma, fechando a válvula por completo. Concomitantemente, outro bulbo contendo mercúrio, estará controlando o funcionamento do motocompressor, ligando e desligando o contato elétrico do mesmo, ao mesmo tempo em que a válvula estará abrindo ou fechando. Este sincronismo, garante ao sistema, um funcionamento equalizado do ciclo, através do controle térmico da temperatura, contribuindo para o controle do consumo de energia elétrica que alimenta o sistema de refrigeração. Figura 1 – Válvula de expansão mecânica com acionamento por diafragma. O sinal do controle das válvulas eletrônicas pode ser gerado a partir de um termistor, instalado na saída do evaporador, este, ao detectar o aumento da temperatura no evaporador, reduz sua resistência elétrica. Esta variação de resistência, quando analisada por um circuito eletrônico, envia um sinal digital para o posicionamento da agulha da válvula. Este sistema possibilita um controle mais preciso e eficiente do fluxo do fluido refrigerante, resultando na melhoria da eficiência térmica, conseqüentemente, consumindo menos energia elétrica. Diante disso, também teremos um controle mais preciso da temperatura do ambiente refrigerado ou climatizado. Este sinal alimentará uma fonte, que será o módulo controlador do fluxo do fluido refrigerante. Então, o módulo poderá controlar válvulas solenóides e motores de passo, para regular a abertura ou o fechamento das válvulas de expansão termostática. Figura 2 – Módulos Controladores de Expansão. (PLC) Podemos utilizar o controle do fluxo do fluido através de válvulas de expansão acionadas por solenóides, com funcionamento semelhante ao das válvulas de controle direcional, utilizadas nos circuitos hidráulicos, controlando a vazão do fluido refrigerante. Porém, estas válvulas apresentam uma desvantagem, por serem operadas de forma on/off, causam golpes no fluido quando são fechadas repentinamente, causando vibração excessiva nas tubulações do circuito de refrigeração. Figura 3 – Válvulas de Expansão controladas por solenóide. Por serem eletronicamente controlados, podemos abrir ou fechar as válvulas de expansão, através de motores de passo, utilizando acoplamentos e cremalheiras, transformando o movimento de rotação em movimento de translação. Permitindo, assim, o fechamento ou a abertura da válvula de expansão termostática. Esse funcionamento dos motores de passo permite que o controle do fluxo do fluido refrigerante seja gradativo, de acordo com a condição de eficiência encontrada no sistema de refrigeração. Figura 4 – Motores de Passo.

Processos Industriais - Automação - Aula 08

Máquinas Térmicas: São Sistemas Termodinâmicos que trocam calor e trabalho com o meio externo. Os Motores à combustão interna,por exemplo,recebem calor de uma fonte externa(combustível+ar) e transformam parte desse calor em trabalho mecânico. Ciclos de Combustão: Quando os cientistas buscavam aperfeiçoar suas máquinas, estes estabeleceram, que teriam que fugir da imagem do princípio de funcionamento da combustão externa, ou seja, das máquinas à vapor, alvo de inúmeros acidentes envolvendo seus protótipos de veículos de passeio. Portanto, definiram que suas máquinas obedeceriam tempos de funcionamento, para combustão de uma mistura numa câmara vedada, gerando energia mecânica, originada do aproveitamento de parte da energia térmica resultante dos tempos de funcionamento. Esse ciclo foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel. Ciclo OTTO: 1ºtempo Admissão: A válvula se abre admitindo uma mistura de ar+combustível, pulverizando-o em forma gasosa. Nesse momento, o pistão está descendo. 2ºtempo Compressão: Ao subir, o pistão vem comprimindo a mistura contida na câmara de combustão, visando atingir o ponto máximo. Nesse instante, a mistura começa a aquecer, devido ao contato com as partes quentes do bloco do motor. 3ºtempo Combustão: No ponto máximo, ponto morto superior(PMS), essa mistura recebe uma descarga elétrica (centelha). O resultado desta reação termoquímica, é a geração de uma ação exotérmica, quando então a mistura libera calor, forçando o pistão para baixo (PMI) ponto morto inferior, com extrema força, movimentando o conjunto pistão/biela, que transmitem este movimento ao virabrequim, gerando assim, a energia mecânica. 4ºtempo Descarga: Nesse tempo, o pistão começa novamente a subir, expulsando os gases queimados, através da válvula de escape, completando dessa forma os quatro tempos de um motor à combustão. Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de freqüente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão. O que pode-se chamar de explosão é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio. Basta observar, por exemplo, os motores utilizados nas provas de "arrancada", onde o desgaste é intenso, devido à desproporção de mistura dos gases, conseguindo apenas uma média de 5 arrancadas por cada motor montado. Depois disso, vão direto para a retífica, para serem reconstruídos. Motores Diesel: Neste ciclo, os tempos funcionam de maneira semelhante ao ciclo Otto, a diferença entre eles, se dá apenas na Admissão(1ºtempo), onde este aspira somente ar, com ausência de combustível, que só será pulverizado na compressão(2ºtempo), onde o contato com o ar atmosférico comprimido e já aquecido(contato com as partes quentes do motor), resulta na combustão, devido à propriedade termodinâmica apresentada pelo óleo diesel. Essa diferença entre os combustíveis, confere ao ciclo Diesel, a propriedade de ser a máquina térmica que mais se aproxima do rendimento idealizado por Carnot. Temperatura de Trabalho: Uma importante característica dos motores, é a transformação gasosa ocorrida no interior das câmaras de combustão. Nos motores Diesel, o aumento de temperatura, resultante da combustão, situa-se entre 600°C e 800°C e a pressão resultante entre 65 a 130 Kgf/cm², respectivamente. Já no ciclo Otto, estando utilizando gasolina como combustível, a temperatura alcança uma variação entre 800° e 1000° e a pressão entre 60 e 80 Kgf/cm². Essa diferença no desempenho, mostra a superioridade alcançada nos motores Diesel, que com uma temperatura média de trabalho(menor que nos motores do Ciclo Otto),apresentam maior pressão interna nas câmaras de combustão. Consequentemente, apresentam maior rendimento funcional. Isso explica, o fato dos motores tradicionais(álcool/gasolina/gnv), terem suas temperaturas de trabalho aumentadas, nos últimos cinco anos, buscando melhorar a eficiência na queima dos combustíveis. Diferenças entre ciclo Real e Teórico: Existem vários fatores que diferenciam o funcionamento dos motores quando estes são expostos ao ciclo real, observe a seguir estas diferenças: a) Perdas por bombeamento: No ciclo teórico a aspiração e descarga são feitas à pressão constante, enquanto que no ciclo real isto não acontece. b) Perdas pela combustão não instantânea: No ciclo teórico, o calor é introduzido instantaneamente e a pressão constante, enquanto que no real isto não ocorre. c) Perdas pela dissociação do combustível: No ciclo teórico não existe dissociação do combustível, enquanto que no real ele se dissocia em elementos tais como CO2, H2, O ,CO e outros compostos, absorvendo calor(roubando energia). d) Perdas devido à abertura antecipada da válvula de descarga: Na teoria a abertura da válvula de descarga é considerada instantânea, enquanto que no real ela se abre antes do pistão atingir o PMI. e) Perdas de calor: Na teoria, as perdas de calor são nulas enquanto que no real elas são sensíveis, devido à necessidade de refrigeração dos cilindros(arrefecimento). Regimes de Funcionamento: Os Motores Diesel apresentam diferentes regimes de funcionamento: a) Diesel Lento: Trabalham a uma rotação de 400 a 800 RPM. Grandes e robustos, são empregados em navios e grandes sistemas de acionamento. b) Diesel Normal: Trabalham com rotações que variam de 800 a 2000 RPM. Geralmente empregados como estacionários, para acionamento de geradores de energia elétrica. c) Diesel Veloz: Apresentam rotações maiores que 2000 RPM. São estes motores que atualmente estão sendo utilizados nos veículos de passeio.

Enxofre no Diesel

O diesel nacional tem mais enxofre devido a características do petróleo extraído no Brasil, do tipo parafínico (pesado), enquanto na Europa e Estados Unidos o petróleo é mais leve, naftênico. Não se trata de vantagem conter mais enxofre, muito pelo contrário. O maior teor de enxofre leva a um maior ataque químico aos componentes do motor gerando óxidos de enxofre que lançados na atmosfera provoca irritações nos olhos e vias respiratórias. Governos do mundo inteiro têm se preocupado com a questão e medidas vêm sendo tomadas para baixar o teor de enxofre do diesel, o que nas refinarias tem custo elevado. Atualmente o percentual é de 0,5% mas deveria ter baixado para 0,2% desde 2003. Esse teor de enxofre elevado do diesel brasileiro exige a adaptação dos motores para suportar os níveis mais baixos de enxofre. Uma alternativa seria aplicar motores tipo exportação no mercado interno, para que a transição ocorresse rapidamente, porém isto não seria tecnicamente possível, pelo fato dos motores tipo exportação serem projetados para níveis ainda menores do que se pretende aplicar no Brasil. O ajustamento de conduta foi assinado como parte das compensações pelo descumprimento da Resolução 315/02 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), que estabelecia o prazo de 1º de janeiro de 2009 para a comercialização de motores e veículos com menores teores de enxofre e de óxidos de nitrogênio. Pelo acordo firmado, a Petrobras, a partir de 1º de janeiro do próximo ano, substituirá totalmente a oferta do diesel atualmente utilizado, com 2.000 partes por milhão (PPM) de enxofre, por um novo diesel que conterá 1.800 PPM. E a partir de janeiro de 2014, será totalmente substituída a oferta de diesel com 1800 PPM de enxofre por um com 500 PPM. A Petrobras foi excluída do ISE (Índice de Sustentabilidade Empresarial) da Bovespa, índice que reúne empresas que se destacam por seu compromisso com a responsabilidade social e a sustentabilidade. O motivo da exclusão é o não cumprimento por parte da empresa da resolução 315/2002 do Conama, que determina a redução do teor do enxofre no diesel comercializado no Brasil a partir de janeiro de 2009. O índice de redução deveria ser ainda maior, pois estes níveis de enxofre representam altos índices de poluição do ar. O resultado disso é a probabilidade de 25 mil pessoas contraírem câncer de pulmão somente no estado de São Paulo. Esta conta com gastos de saúde será paga pelos Governos e pela população, dinheiro que deixa de ser aplicado em outras necessidades como a educação.