ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS

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1 ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS 5ª Série Termodinâmica Aplicada Engenharia Mecânica A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas programadas e supervisionadas e que tem por objetivos: Favorecer a aprendizagem. Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz. Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo. Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado. Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação. Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas práticos relativos à profissão. Direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação intelectual. Para atingir esses objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução. A sua participação nessa proposta é essencial para que adquira as competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional. Aproveite essa oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA AESA.

2 Pág. 2 de 7 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionais descritas a seguir. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia. Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas. Comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e gráfica. Avaliar o impacto das atividades de engenharia no contexto social e ambiental. Produção Acadêmica Relatório sobre Aplicação da termodinâmica no estudo de um motor de automóvel. Participação Esta atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte, pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão: organizar-se, previamente, em equipe a ser definida pelo professor; entregar seus nomes, RAs e s ao professor da disciplina e observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe. Padronização O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT 1, com o seguinte padrão: em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; espaçamento de 1,5 entre linhas; se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas; com capa, contendo: nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; nome e RA de cada participante; título da atividade; nome do professor da disciplina; cidade e data da entrega, apresentação ou publicação. 1 Consultar o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em: < o_de_trabalhos_acad m >.

3 Pág. 3 de 7 DESAFIO Máquinas Térmicas são utilizadas para realizar trabalho ao receberem calor por exemplo, turbinas e motores. Os motores de automóveis são os mais conhecidos e estudados quando se trata de ciclos termodinâmicos. Esses motores de explosão são compostos basicamente de um cilindro, válvula de admissão, válvula de escape e uma vela de ignição e, como outras máquinas térmicas, operam de forma cíclica, voltando ao seu estado inicial antes de iniciar outro ciclo. Objetivo do Desafio O desafio é promover o estudo do funcionamento do motor de um veículo. Este desafio é importante para que o aluno adquira uma sólida base conceitual dos processos termodinâmicos, capacitando-o a aplicar a teoria estudada em sala de aula para o desenvolvimento de qualquer outro projeto relacionado ao mesmo assunto. ETAPA 1 (tempo para realização: 05 horas) Aula-tema: Definição e Conceitos Fundamentais. Substâncias Puras e Propriedades. Esta atividade é importante para você compreender os fenômenos associados aos conceitos de temperatura e calor, e também para descrever um sistema termodinâmico. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. Passo 1 (Aluno) Pesquisar em livros da área a definição da palavra termodinâmica, inclusive a origem etimológica, e também o que é um sistema termodinâmico. Pesquisar, ainda, os principais cientistas que contribuíram para o desenvolvimento da Termodinâmica Clássica. 1 Pesquisar como funciona o sistema de refrigeração de um motor, qual é o tipo de substância utilizada como líquido de arrefecimento e quais as suas propriedades. 2 Comparar a quantidade de água e de ar necessárias para proporcionar a mesma refrigeração a um motor de automóvel. Sugestão Entrevistar profissionais especialistas na área de refrigeração de automóveis. Sites sugeridos para pesquisa Sensor de Temperatura. Disponível em: < sharing>. Acesso em: 5 maio Anticongelantes: Líquidos de arrefecimento e aditivos. Disponível em: < ring>. Acesso em: 5 maio 2013.

4 Pág. 4 de 7 1 Pesquisar qual a faixa de temperatura em que geralmente o líquido de arrefecimento opera, e o tipo de termômetro utilizado para fazer essa medição da temperatura do motor do carro. Injeção Eletrônica. Disponível em: < ing>. Acesso em: 5 maio Justificar a importância desse tipo de medição em relação à combustão do combustível. 3 Converter a temperatura máxima e mínima encontradas e a diferença entre elas em outras duas escalas termométricas, a Kelvin e Fahrenheit. 4 Comentar sobre a utilização dessas outras escalas em outros países. Comparar o coeficiente de dilatação térmica da gasolina e do álcool e verificar em que horário é mais vantajoso o abastecimento com esses combustíveis, baseado em propriedades físicas como densidade e temperatura. Química do Automóvel. Combustão da gasolina e do álcool. Disponível em: < ng>. Acesso em: 5 maio ETAPA 2 (tempo para realização: 05 horas) Aula-tema: Primeira Lei da Termodinâmica. Esta atividade é importante para você compreender a primeira Lei da Termodinâmica como Princípio da Conservação de Energia nas transformações ou processos termodinâmicos, reconhecendo o calor como uma forma de energia. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. Passo 1 (Equipe) Pesquisar em livros da área a Primeira Lei da Termodinâmica, descrevendo a equação matemática que representa essa lei. 1 Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, os modos de transferência de calor que ocorrem nos motores automotivos, as equações envolvidas e o significado de cada termo, e como esses modos afetam o desempenho do carro.

5 Pág. 5 de 7 Aula: Estudo da Transferência de Calor em Motores. Disponível em: < =sharing>. Acesso em: 5 maio Relacionar esses modos de transferência às propriedades dos materiais que compõem o motor. Pesquisar, em livros da área, revistas e jornais, ou sites da internet, como ocorre o desperdício na forma de calor no motor de um automóvel, e quais as novas tecnologias baseadas em materiais termoelétricos. Materiais termoelétricos transformam radiador do carro em gerador de energia. Disponível em: < aring>. Acesso em: 5 maio Fazer uma relação de potência utilizada em automóveis típicos a gasolina (pequeno, médio, grande), para movimentos realizados a 40 km/h e 80 km/h. Calcular a quantidade de energia que se transfere ao ambiente, se admitir o percurso que um dos integrantes do grupo faz para ir da casa até a faculdade, para cada um desses automóveis, numa velocidade razoável. ETAPA 3 (tempo para realização: 05 horas) Aula-tema: Segunda Lei da Termodinâmica. Esta atividade é importante para você discutir o funcionamento das máquinas térmicas, assim como tratar do caráter irreversível dos processos naturais. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. Passo 1 (Equipe) 1 Pesquisar em livros da área os diversos enunciados para a Segunda Lei da Termodinâmica, incluindo as concepções sobre a definição de entropia. Sites sugeridos para pesquisa Entropia Disponível em: < Acesso em: 5 maio 2013.

6 Pág. 6 de 7 Segunda Lei da Termodinâmica Disponível em: < ng>. Acesso em: 8 maio Representar o diagrama de Ciclo de Carnot e verificar se esse ciclo pode ser proposto ao sistema de motor de explosão de um automóvel. Explicar, baseado na Segunda Lei da Termodinâmica, o que ocorre no motor de um automóvel para que o gás aquecido dentro de um cilindro sob pressão venha a colocar o carro em movimento. Discutir também como deve ser o desempenho de um motor que solta faísca fora de tempo. Entrevistar um mecânico de automóveis para identificar os processos térmicos presentes no funcionamento do motor a combustão interna, a partir das sugestões de questionamentos apresentadas na bibliografia complementar indicada neste passo: 1. Quais são as partes essenciais de um motor? 2. Qual a diferença entre motor de 4 tempos e de 2 tempos? 3. O que é taxa de compressão? 4. Quais as diferenças existentes entre os motores que funcionam a álcool, a gasolina e a diesel? 5. Qual o caminho feito pelo combustível? 6. Quais as diferenças existentes entre refrigeração a ar e a água? 7. Qual a função do carburador de um carro? 8. Qual a função do motor de arranque? Bibliografia complementar GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DE FÍSICA (GREF). Física 2. 5 ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, Pesquisar os tipos de turbo-compressores disponíveis para motores automotivos e verificar as características operacionais, analisar os valores fornecidos para a potência consumida no compressor e a vazão de ar fornecida ao motor. Estimar, também, a eficiência isoentrópica dos componentes do equipamento. Avaliação de Projetos de Máquinas pelo Enfoque da Manutenibilidade: O Caso do Sistema de Turbocompressores Disponível em: < Acesso em: 5 maio 2013.

7 Pág. 7 de 7 ETAPA 4 (tempo para realização: 05 horas) Aula-tema: Segunda Lei da Termodinâmica. Ciclos a Vapor. Essa atividade é importante para discutir o funcionamento das maquinas térmicas, assim como tratar do caráter irreversível dos processos naturais.para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. Passo 1 (Aluno) Representar o diagrama p v idealizado para o Ciclo de Otto num motor a gasolina de 4 tempos e explicar o que ocorre em cada um dos processos nesse ciclo. Sites sugeridos para pesquisa Simulador do Ciclo Termodinâmico de Otto. Disponível em: < haring>. Acesso em: 5 maio Máquinas Térmicas à Combustão Interna de Otto e de Diesel. Disponível em: < Acesso em: 5 maio Mostrar que o rendimento do ciclo para uma mistura de ar com vapor de gasolina (tratada como gás ideal) é dado por: η =1 1 ( r v ) k 1 onde rv é a taxa de compressão e a k é a coeficiente adiabática da mistura. Explicar o significado de cada termo na equação. Calcular o rendimento para k = 1,4 e rv = 10, que são condições para compressão máxima permissível para evitar pré-ignição. 1 Elaborar um relatório intitulado Aplicação da termodinâmica no estudo de um motor de automóvel, com o conteúdo desenvolvido nas etapas desta ATPS e de acordo com o indicado no item Padronização desta ATPS. 2 Entregá-lo ao professor em data por ele agendada. Livro-texto da Disciplina VAN WYLEN, Gordon J.; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. Tradução da 6. ed. 3ª Reimpressão. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 2008.