Lâmpada
dicróica
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Dicroísmo (do grego dichroos,
bicolor) é a propriedade, que alguns materiais têm, de
dividir um feixe de luz em dois feixes de comprimentos de
onda (cores) diferentes. Tal propriedade é usada em filtros
e espelhos para diversas aplicações.
Uma lâmpada dicróica comum é uma lâmpada halógena com
um refletor de algum material dicróico, que reflete a parte
visível da radiação e absorve a parte infravermelha. |
| Desde que ela
normalmente fica embutida em forros ou similares, é
reduzida a emissão de calor para o ambiente iluminado. |
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Lâmpada
halógena
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A lâmpada
incandescente é o meio mais antigo e simples de se produzir
luz a partir da energia elétrica. A figura abaixo dá o
esquema simplificado.
O filamento é um fino fio de um metal de alto ponto de fusão
(quase sempre o tungstênio).
Ele fica no interior de um bulbo de vidro e condutores em
cada extremidade são conectados a um meio de encaixe (rosca
ou outro tipo) para fixação do conjunto e condução da
corrente elétrica. No centro das lâmpadas comuns há ainda
um suporte de vidro ao qual são fixados filetes metálicos
para apoio do filamento, para melhorar a resistência a
vibrações.
A corrente elétrica aquece o filamento a uma temperatura de
cerca de 2500°C e, nessa condição, há emissão de calor
e luz visível.
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Se estivesse exposto ao ar, o
filamento seria rapidamente destruído devido à ação do
oxigênio. Nas primeiras lâmpadas, vácuo era feito no
interior do bulbo para prevenir isso.
Entretanto, devido à alta temperatura, ocorre a vaporização
do tungstênio, que se deposita nas paredes do bulbo até a
completa ruptura do filamento em relativamente pouco tempo.
Lâmpadas atuais, no lugar do vácuo, usam um gás inerte
(em geral argônio)
que reduz a vaporização. Mas a duração ainda é pequena.
Em média, cerca de 1000 horas em condições normais de
utilização. |
Além da pequena durabilidade, as lâmpadas incandescentes
comuns têm outra importante desvantagem: a baixa eficiência
energética. Somente cerca de 10% da energia consumida é
convertida em luz. O restante é desperdiçado sob forma de
calor.
A lâmpada halógena usa o mesmo princípio da
incandescente, mas o gás de enchimento é em geral criptônio
ou xenônio
com traços de um elemento halogênio
(normalmente bromo
ou iodo).
O halogênio tem a propriedade de combinar com os átomos do
tungstênio evaporado e depositá-los no filamento, ou seja,
um processo de reciclagem. Assim, a temperatura de trabalho
pode ser mais alta, para aumentar a parcela de luz visível
e, por conseqüência, a eficiência. Os bulbos são
menores, mais próximos do filamento e em vidro de quartzo
para suportar as temperaturas mais altas e também as pressões,
que podem chegar até 25 bar. Tudo isso resulta em vida média
maior (próxima de 3000 h), rendimento energético cerca de
50% maior que o da incandescente comum e um espectro de
emissão que permite uma reprodução mais fiel das cores. |
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Motor
de passo
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Motores de passo são usados para
fornecer movimentos intermitentes de rotação. Exemplo de
aplicação: o rolo que avança o papel de uma impressora
precisa de um movimento descontínuo, pois deve parar
durante a varredura de cada linha pelo cabeçote de impressão.
O princípio de operação é bastante simples: o retângulo
azul na parte central da figura ao lado representa um ímã
permanente que pode girar em torno de um eixo central.
Radialmente estão dispostos 4 pares opostos de solenóides
AA', BB', CC' e DD'.
Cada par de solenóides é ligado em série, mas, por questão
de clareza, na figura é indicado apenas para o par BB'.
Se, conforme indicado na figura, o par BB' é energizado, o
campo magnético induzido entre os mesmos alinha o ímã na
sua direção. |
Se a corrente elétrica é removida de BB' e aplicada num
par adjacente, por exemplo CC', o ímã gira para sua direção
e aí permanece enquanto ele ficar energizado e assim
sucessivamente. Portanto, a tarefa de comutar os pares de
solenóides (ou pólos) cabe ao circuito de excitação e
controle do motor.
Notar que o deslocamento angular de cada passo é tanto
menor quanto maior o número de pares de solenóides. No
caso da figura, cada passo tem 45º.
Obs: na língua inglesa, são comuns as expressões para
motor de passo: "step motor", "stepping
motor" e "stepper motor". Esta última é
mais usada. |
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Motores
de combustão interna (e externa)
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| O princípio de
operação dos motores de combustão interna de 4 tempos,
também chamados de motores Otto, tipo usado em automóveis,
é bastante conhecido. Por isso, não cabem muitos comentários.
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Na figura ao lado, um diagrama
simplificado do funcionamento do motor de 4 tempos.
Na admissão, a respectiva válvula está aberta e a mistura
ar-combustível é aspirada para o interior do cilindro pelo
movimento descendente do pistão, do ponto morto superior até
o inferior.
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Na meia volta seguinte do eixo, a mistura é comprimida pelo
movimento contrário do pistão, estando ambas as válvulas
fechadas. Chegando o pistão ao topo, é dada a faísca na
vela de ignição, que explode a mistura, forçando o pistão
até o ponto inferior. No movimento seguinte, é aberta a válvula
de escape e os gases da combustão são expulsos. A válvula
de escape é fechada e a de admissão é aberta e o ciclo se
reinicia. Notar que trabalho só é fornecido no tempo da
expansão. O restante do movimento é dado pela inércia mecânica
do eixo. Por isso (e outros fatores), a maioria dos motores
práticos têm vários cilindros, que atuam em fases
distintas de forma a suavizar a rotação do eixo.
Provavelmente bem menos conhecido é o motor Wankel.
Foi desenvolvido pelo engenheiro alemão Felix Wankel em
1936. A figura abaixo dá o princípio de funcionamento.
Ele usa o mesmo ciclo termodinâmico do motor Otto, mas a
construção é completamente diferente. Em vez de cilindro
e pistão com movimento alternativo, um rotor de três vértices
que pode girar dentro de uma cavidade especial. Não há válvulas.
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Na figura, as cores dos tempos da
mistura são as mesmas do motor Otto da figura anterior.
Notar a principal diferença: no motor alternativo, cada
fase (ou tempo) do ciclo ocorre no mesmo local. |
Neste motor, existem locais distintos para a admissão,
compressão expansão e descarga. Veja, por exemplo, 3 da
figura: entre o rotor e as velas está a mistura comprimida
e é dada a ignição. e esse espaço é só para isso, não
participando de outras fases do ciclo (normalmente são
usadas duas velas devido á extensão do espaço de combustão.
Uma só vela não conseguiria inflamar toda a mistura no
tempo necessário).
O centro do rotor executa um movimento excêntrico que é
transformado em rotação do eixo por um sistema de
engrenagem e virabrequim (não indicados na figura).
Algumas vantagens são: menos peças móveis, pois não há
válvulas e mecanismos para acioná-las. O movimento é mais
suave, com menos vibração. A curva torque x rotação é
mais plana. Trabalha em uma rotação menor para a mesma potência.
Algumas desvantagens: maior dificuldade de refrigeração
pela concentração de calor, pois no local da ignição não
passa mistura mais fria. Desgaste mais rápido da vedação
dos vértices do rotor. Maior consumo de combustível. Maior
concentração de poluentes nos gases de escapamento. Maior
custo de produção.
Durante a década de 1970 imaginou-se que o motor Wankel
seria amplamente usado nos automóveis, mas isso não
ocorreu. Pelo que o autor do site pesquisou, atualmente
apenas um fabricante no mundo produz um tipo de automóvel
com esse motor. Mas é possível que, com novas pesquisas e
desenvolvimento de novos materiais, seja uma alternativa viável
no futuro.
Certamente, ainda menos conhecido que o Wankel, é o motor
Stirling. O nome é dado em razão do seu inventor, o
pastor escocês Robert Stirling (1816). O interessante dessa
invenção é que ela ocorreu cerca de 40 anos antes de
Carnot formular os primeiros conceitos da termodinâmica.
Dizem alguns especialistas que o motivo foi uma alternativa
para os primitivos acionamentos a vapor na época. A
qualidade dos aços era ruim e eram freqüentes os acidentes
com explosões de caldeiras. Mas a evolução das máquinas
a vapor continuou e o artefato não obteve muito sucesso.
Existem vários arranjos para o motor Stirlling. Um deles é
dado na figura abaixo. A câmara contém ar que recebe
aquecimento na parte inferior e sofre resfriamento na parte
superior.
Observar a diferença fundamental em relação aos tipos
anteriores: é um motor de combustão externa e
aqueles, de combustão interna.
O movimento é dado pelo pistão acionador. O pistão
auxiliar é movimentado pelo eixo, com defasagem de 90º em
relação ao acionador.
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Se o pistão auxiliar está
na parte superior, há maior quantidade de ar quente
no conjunto e a pressão interna é maior. Se está
na parte inferior, há mais ar frio e a pressão é
menor.
Considerando o movimento da figura, a subida do pistão
auxiliar aumenta a pressão interna, o que força o
pistão acionador para cima, movimentando o
conjunto. A subida do acionador provoca a descida do
auxiliar. A maior quantidade de ar frio reduz a
pressão, forçando o acionador para baixo e
repetindo o ciclo.
Uma vantagem óbvia é a operação silenciosa por não
haver gases de escapamento liberados sob pressão.
Por ser externa, a combustão pode ser facilmente
controlada de forma a minimizar a emissão de
poluentes. |
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Uma desvantagem é a impossibilidade de se variar
rapidamente a rotação. A variação do aquecimento tem uma
inércia grande e as respostas são lentas. Assim, é inviável
o emprego em automóveis. Mas pode ser usado em coisas que não
exigem respostas rápidas, como geração de energia elétrica.
Aliás, a expressão combustão externa pode ser incorreta.
Melhor dizer que é um motor de fonte de calor externa. Na
prática, a maioria das fontes de calor são processos de
combustão. Não é razoável supor o uso de resistência elétrica
pois, neste caso, um motor elétrico é mais eficiente.
Pode-se imaginar como fonte de calor um espelho parabólico
que concentra a radiação solar. E o motor acionar um
gerador elétrico. Ou seja, uma fonte de energia elétrica
silenciosa e ecologicamente limpa. |
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Climpado de http://myspace.eng.br/
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