1 - Revisão de Termodinâmica

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Introdução a Termodinâmica
Professor: Leandro Pires Gonçalves
A termodinâmica estuda a dinâmica dos processos de transferência de
energia e sua relação com as propriedades físicas da matéria.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
Para iniciar o estudo da termodinâmica é necessário primeiro nos
familiarizar com algumas expressões e seu significado:
a) sistema é o objeto de estudo. Podemos desejar estudar a quantidade de
matéria contida no interior de um tanque fechado e de paredes rígidas ou
uma tubulação pela da qual escoa gás natural.
A composição da matéria no interior do sistema pode ser fixa ou pode
estar variando através de reações químicas ou nucleares. A forma ou o
volume do sistema em análise não é necessariamente constante, como
quando um gás é comprimido por um pistão ou um balão é inflado.
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS
b) a vizinhança compreende tudo que é externo ao sistema. é considerado
como parte da vizinhança do sistema.
c) a fronteira separa o sistema de sua vizinhança. Ela pode ser fixa ou
móvel, mas todas as interações entre um sistema e sua vizinhança
acontecem ao longo da fronteira.
É essencial que o sistema, sua fronteira e sua vizinhança sejam escolhidos
cuidadosamente, pois tudo o estudo do sistema depende de suas interações
com a vizinhança através de sua fronteira.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
d) um sistema fechado é definido quando uma
quantidade particular de matéria fixa está sendo
estudada, isto é, não há transferência de massa através de
sua fronteira.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
e) um sistema aberto ou volume de
controle consiste em uma região de
estudo onde ocorre a transferência de
massa através de suas fronteiras,
também chamadas superfícies de
controle.
f) uma propriedade é uma característica macroscópica de um sistema,
como massa, volume, energia, pressão e temperatura, para a qual um valor
numérico pode ser admitido em um determinado tempo sem o
conhecimento prévio do histórico do sistema.
g) um estado refere-se à condição de um sistema como descrito por suas
propriedades. Uma vez que existem relações entre as propriedades de um
sistema, o estado pode normalmente ser especificado fornecendo-se os
valores de um subconjunto dessas propriedades. Todas as demais
propriedades podem ser determinadas a partir dessas.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
h) um processo consiste em uma transformação de um estado para outro.
Isto é, quando ocorre a variação de qualquer propriedade de um sistema, o
estado muda. Entretanto, se o sistema possui os mesmos valores de suas
propriedades em dois instantes diferentes, este encontra-se no mesmo
estado nesses instantes.
i) um estado estacionário ocorre se nenhuma de suas propriedades do
sistema varia com o tempo.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
j) um ciclo termodinâmico é uma
sequência de processos que se inicia e
termina no mesmo estado. Ao término
de um ciclo todas as propriedades
possuem os mesmos valores que elas
tinham no início.
Os ciclos que são repetidos
periodicamente desempenham papéis
de destaque em muitas áreas de
aplicação.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
k) uma propriedade extensiva refere-se a uma propriedade calculada a
partir da soma das partes nas quais o sistema é dividido. Massa, volume,
energia e diversas outras propriedades introduzidas adiante são extensivas.
l) as propriedades intensivas não são aditivas, seus valores são
independentes da dimensão ou extensão de um sistema e podem variar de
um local para outro no sistema em qualquer instante. O volume especifico,
a pressão e a temperatura são propriedades intensivas.
As propriedades intensivas podem ser funções da posição e do tempo,
enquanto as propriedades extensivas variam apenas com o tempo.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
m) o termo fase refere-se à matéria homogênea em sua composição
química e em sua estrutura física. Homogeneidade em estrutura física
significa que a matéria é toda sólida, ou toda líquida ou toda gasosa.
n) uma substância pura é uniforme e invariável na composição química.
Uma substância pura pode existir em mais de uma fase, mas sua
composição química deve ser a mesma em cada fase. Por exemplo, se
água líquida e vapor de água formam um sistema com duas fases, o
sistema pode ser considerado uma substância pura porque cada fase possui
a mesma composição.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
o) Na Termodinâmica, o conceito de equilíbrio representa não apenas o
uma igualdade de forças entre o sistema e sua vizinhança, mas também
uma igualdade de temperatura, fase e de concentração de espécies
químicas.
Para verificar se um sistema encontra-se em equilíbrio termodinâmico
com sua vizinhança basta isolá-lo e observar as mudanças em suas
propriedades. Se não houver mudanças, concluímos que o sistema estava
em equilíbrio no momento em que foi isolado.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
Não há necessidade de que um sistema submetido a um processo real
esteja em equilíbrio durante o processo. Alguns ou todos os estados
intermediários podem não ser estados de equilíbrio. Para a maioria desses
processos, estamos limitados ao conhecimento do estado antes de ocorrer
o processo e do estado após o processo ser finalizado. Entretanto, mesmo
se os estados intermediários do sistema não forem conhecidos, é possível
muitas vezes avaliar certos efeitos globais que ocorrem durante o
processo, como por exemplo o calor e o trabalho trocados entre o sistema
e sua vizinhança.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
Os processos são algumas vezes modelados como um tipo ideal de
processo denominado processo em quase-equilíbrio (ou quase-estático).
Um processo em quase-equilíbrio é aquele em que o desvio do equilíbrio
termodinâmico é no máximo infinitesimal.
Todos os estados pelos quais o sistema passa em um processo em quase-
equilíbrio podem ser considerados como estados de equilíbrio. Como os
efeitos do não-equilíbrio estão inevitavelmente presentes durante os
processos reais, para os sistemas de interesse em engenharia o processo
em quase-equilíbrio pode ser uma boa aproximação, mas nunca ocorrem
de fato.
CO N C E IT O S IN T R O D U T Ó R IO S
Massa específica: 𝜌 =
𝑚
∀
𝑘𝑔
𝑚³
Volume específico: ν =
∀
𝑚
=
1
𝜌
𝑚
∀
𝑚³
𝑘𝑔
Número de mols: 𝑛 =
𝑚
𝑀
𝑘𝑔
𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙
Onde M é a massa molecular de uma substância.
PR O P R IE D A D E S
A temperatura é uma medida da agitação média das partículas que
compõem um corpo. Quanto maior a temperatura, maior a energia cinética
média das partículas que o compõem.
ES C A L A S D E T E M P E R A T U R A
A escala Celsius de temperatura utiliza como referência (0 °C) o ponto
tríplice da água ao nível do mar (temperatura em que as fases sólida,
líquida e gasosa coexistem) enquanto o ponto de ebulição como o valor de
100 °C.
A escala Kelvin de temperatura utiliza o zero absoluto como referência (0
K), já o ponto tríplice da água ao nível do mar equivale a 273,16 K e o
ponto de ebulição da água (ambos ao nível do mar) equivale a 373,16 K.
ES C A L A S D E T E M P E R A T U R A
𝑇 𝐾 = 𝑇 °𝐶 + 273,16
A escala Rankine de temperatura também utiliza como o referência o zero
absoluto (0 K), e é proporcional a escala Kelvin.
A escala Fahreineit cresce na mesma proporção que a escala Rankine,
porém sua referência é deslocada em 459,67 °R.
ES C A L A S D E T E M P E R A T U R A
𝑇 °𝐹 = 𝑇 °𝑅 − 459,67
𝑇 °𝑅 = 1,8𝑇 𝐾
Portanto é possível relacionar a escala Celcius com a escala Fahreineit
conforme as seguintes relações:
ES C A L A S D E T E M P E R A T U R A
𝑇 °𝐹 = 1,8𝑇 °𝐶 + 32 °F
𝑇 0 °𝐶 = 𝑇 273,16 𝐾 = 𝑇 491,69 °𝑅 = 𝑇 32,02 °𝐹
𝑇 100 °𝐶 = 𝑇 373,16 𝐾 = 𝑇 671,69 °𝑅 = 𝑇 212,02 °𝐹
𝑇 °𝐶 − 0 °𝐶
100 °𝐶 − 0 °𝐶
=
𝑇 °𝐹 − 32 °𝐹
212 °𝐹 − 32 °𝐹
Suponhamos que sobre um corpo de massa 𝒎 atua um força resultante 𝑭, não
nula. Esta força 𝑭 pode ser decompostaem duas componentes: 𝑭𝒕 tangente à
trajetória do corpo e 𝑭𝒏 normal à trajetória do corpo.
Trabalho e energia cinética
O efeito da força tangente 𝑭𝒕 é aumentar a
magnitude da velocidade 𝑽 do corpo,
enquanto o efeito da força normal 𝑭𝒏 é
mudar a direção da velocidade do corpo.
Se este corpo inicialmente em uma posição 𝒔𝟏 e velocidade 𝑽𝟏 é acelerado
pela força 𝑭. Após um tempo o corpo encontra-se em um posição 𝒔𝟐 onde a
velocidade do corpo é 𝑽𝟐. Usando a segunda lei do movimento de Newton,
temos:
𝑭𝒕 = 𝒎
𝒅𝑽
𝒅𝒕
= 𝒎
𝒅𝑽
𝒅𝒔
∙
𝒅𝒔
𝒅𝒕
= 𝒎𝑽
𝒅𝑽
𝒅𝒔
න
𝒔𝟏
𝒔𝟐
𝑭𝒕 ∙ 𝒅𝒔 = න
𝑽𝟏
𝑽𝟐
𝒎𝑽 ∙ 𝒅𝑽 =
𝒎
𝟐
𝑽𝟐
𝟐 − 𝑽𝟏
𝟐
𝑾 = න
𝒔𝟏
𝒔𝟐
𝑭𝒕 ∙ 𝒅𝒔 ∆𝑬𝒄 =
𝒎
𝟐
𝑽𝟐
𝟐 − 𝑽𝟏
𝟐
Trabalho e energia cinética
O termo 𝑾 = ׬
𝒔𝟏
𝒔𝟐𝑭𝒕 ∙ 𝒅𝒔 é o trabalho realizado pela força tangente, enquanto
o termo ∆𝑬𝒄 =
𝒎
𝟐
𝑽𝟐
𝟐 − 𝑽𝟏
𝟐 refere-se a variação da energia cinética do
corpo. Ou seja o trabalho realizado sobre o corpo pode ser considerado uma
transferência de energia para o corpo e armazenada na forma de energia
cinética.
Como é possível determinar a energia cinética do corpo conhecendo apenas
sua massa e velocidade, independente de seu histórico, a energia cinética é
uma propriedade. Pode-se afirmar ainda que é uma propriedade extensiva
pois está associada ao corpo como um todo.
Trabalho e energia cinética
Quando um corpo está em queda livre, ele é puxado para baixo pela força peso
e sua velocidade aumenta até atingir sua velocidade terminal. Neste momento,
a força de arrasto, F, é em módulo igual ao peso. O somatório das forças
atuando sobre o corpo pode ser descrito pela equação:
σ𝑭𝒛 = 𝑭 −𝒎𝒈 = 𝟎
𝑭 = 𝒎𝒈
Trabalho de forças resistivas e energia potencial
Como o corpo se desloca sob a ação de uma força resistiva, ele origina um
trabalho resistivo, W. Sua função neste caso, é dissipar a variação da energia
potencial do corpo, 𝑬𝑷, sob a forma de calor e ruído.
𝑾 = න
𝒛𝟏
𝒛𝟐
𝑭 ∙ 𝒅𝒛 = න
𝒛𝟏
𝒛𝟐
𝒎𝒈 ∙ 𝒅𝒛
∆𝑬𝑷 = 𝒎𝒈 𝒛𝟐 − 𝒛𝟏
A energia cinética é uma propriedade, pois possível determiná-la conhecendo 
sua massa e posição, independente de seu histórico. Pode-se afirmar ainda que 
é uma propriedade extensiva pois está associada ao corpo como um todo.
Trabalho de forças resistivas e energia potencial
As aplicações da Termodinâmica, são intimamente ligadas à Mecânica e
envolvem vários dispositivos como motores, compressores e turbinas. Por isso
o trabalho por convenção é considerado como:
Convenção de sinais
O trabalho depende das interações que
ocorrem entre o sistema e a vizinhança durante
um processo, e não apenas dos estados inicial e
final do sistema. Assim, o trabalho não é uma
propriedade do sistema ou da vizinhança.
Durante um processo de compressão ou expansão, a pressão do gás exerce
uma força normal sobre o pistão. Considere a pressão, P, atuando na interface
entre o gás e o pistão. A força, F, exercida pelo gás sobre o pistão é
simplesmente o produto entre a pressão atuante sobre a área do pistão, A.
Trabalho de compressão ou expansão
𝜹𝑾 = 𝑷𝑨 ∙ 𝒅𝒙
𝜹𝑾 = 𝑷 ∙ 𝒅∀
𝑾 = න
∀𝟏
∀𝟐
𝑷 ∙ 𝒅∀ = 𝑷 ∀𝟐 − ∀𝟏
Não há exigência de que um sistema que passa por um processo esteja em
equilíbrio durante o processo. Estamos limitados ao conhecimento do estado
apenas antes e após o processo.
Normalmente, em um estado de não equilíbrio, as propriedades intensivas
variam com a posição para um dado tempo. De modo semelhante, para uma
determinada posição as propriedades intensivas podem variar com o tempo,
algumas vezes de maneira caótica.
Trabalho real e trabalho em quase equilíbrio
Por exemplo, no cilindro de um motor, por exemplo, a
combustão e outros efeitos de não equilíbrio dão lugar a não
uniformidades por todo o cilindro. Consequentemente, se
um transdutor de pressão fosse montado na cabeça do
cilindro, o sinal de saída registrado poderia fornecer apenas
uma aproximação para a pressão na face do pistão.
Calcular o trabalho baseado na integração de uma
curva de pressão x volume forneceria apenas uma
estimativa do trabalho real.
Trabalho real e trabalho em quase equilíbrio
Um processo em quase equilíbrio é aquele em
que o afastamento do equilíbrio termodinâmico
é no máximo infinitesimal. Todos os estados
por onde o sistema passa, em um processo de
quase equilíbrio, podem ser considerados
estados de equilíbrio. Como os efeitos de não
equilíbrio estão inevitavelmente presentes
durante os processos reais, os sistemas de
interesse para a engenharia podem, na melhor
das hipóteses, se aproximar de um processo em
quase equilíbrio, mas nunca realizá-lo.
Trabalho real e trabalho em quase equilíbrio
No processo de expansão abaixo, a curva, ou caminho, que une os estados 1 e
2 no diagrama representam os estados de equilíbrio pelos quais o sistema
passou durante o processo. O trabalho realizado pelo gás sobre o pistão pode
ser interpretado como a área sob a curva pressão versus volume.
Trabalho real e trabalho em quase equilíbrio
Se a expansão ocorrer de maneira
distinta, por um segundo caminho, o
trabalho realizada será diferente, pois o
trabalho depende do caminho e não
apenas dos estados extremos.
Um processo politrópico refere-se a uma expansão ou compressão em quase
equilíbrio nos quais a relação entre pressão e volume são descritos
analiticamente sob a seguinte forma:
𝑷∀𝒏= 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐭𝐚𝐧𝐭𝐞
Processo politrópico
Alongamento de uma Barra Sólida
Uma força F que atua sob uma das
extremidades de uma barra sólida, enquanto
a outra extremidade da barra é fixa.
O trabalho realizado quando a extremidade
da barra se move é:
𝑾 = න
𝒙𝟏
𝒙𝟐
−𝝈𝑨 𝒅𝒙
Outros exemplos de trabalho
Onde 𝝈 é a tensão atuando na barra. O sinal negativo é necessário porque o
trabalho é realizado sobre a barra quando dx é positivo.
Estiramento de uma película líquida
As superfícies da película suportam uma fina
camada líquida no interior da armação por meio
do efeito da tensão superficial. O trabalho
necessário para mover o arame é:
𝑾 = න
𝑨𝟏
𝑨𝟐
−𝝉 𝒅𝑨 = න
𝒙𝟏
𝒙𝟐
−𝟐𝝉𝒍 𝒅𝒙
Outros exemplos de trabalho
Onde 𝝉 é a tensão superficial e o sinal negativo é necessário porque o
trabalho é realizado sobre o sistema quando dx é positivo.
Trabalho de eixo
Eixo giratórios são encontrados em vários
equipamentos. O trabalho do eixo é calculado
em função do momento M sobre o eixo e o
ângulo 𝜽 descrito pelo movimento.
𝑾 = න
𝜽𝟏
𝜽𝟐
𝑴𝒅𝜽
Outros exemplos de trabalho
Sendo mais comum o uso da potência em função da velocidade angular 𝝎.
ሶ𝑾 = 𝑴𝝎
Na Termodinâmica aplicada a engenharia, considera-se que a variação da
energia total de um sistema, 𝑬 , é composta de três contribuições
macroscópicas: a energia cinética, 𝑬𝒄, a energia potencial gravitacional, 𝑬𝒑 e a
energia interna 𝑼. A energia interna também é uma propriedade extensiva do
sistema, assim como o é a energia total.
𝑬 = 𝑬𝒄 + 𝑬𝒑 + 𝑼
A energia interna está relacionada com a energia atribuída aos movimentos e
às configurações das moléculas individuais, átomos e partículas subatômicas
que compõem a matéria no sistema.
Energia total e energia interna
A partir dos trabalhos de Joule, o calor foi identificado
com a energia sendo transferida entre um sistema e sua
vizinhança, sempre do meio mais quente para o mais frio.
A convenção de sinais para o calor é:
A quantidade de calor transferida depende dos detalhes
do processo, e não apenas dos estados inicial e final.
Assim, o calor não é uma propriedade.
Transferência de energia por Calor
A quantidade de energia transferida por calor durante um processo é:
𝑸 = න
𝟏
𝟐
𝜹𝑸
A taxa de transferência de calor líquida, ሶ𝑸 , é a quantidade de energia
transferida sob a forma de calor durante um período de tempo e pode ser
calculada pela equação:
ሶ𝑸 =
𝒅𝑸
𝒅𝒕
Transferência de energia por Calor
Existem 3 modos de transmissão de calor:Condução
transferência de calor por contato direto
Convecção
transferência de calor entre um fluido em movimento e uma superfície
Radiação
transferência de calor através de ondas eletromagnéticas
MO D O S D E T R A N S F E R Ê N C IA D E
CALOR
O transporte de calor ocorre através do contato entre as partículas da matéria.
Nos fluidos o contato se dá através dos choques entre suas partículas.
CO N D U Ç Ã O
Estrutura cristalina 
CO N D U Ç Ã O
Estrutura de um polímero, 
exemplo de material 
isolante
Nos sólidos, a transferência de calor ocorre pela vibração através da estrutura
do material. Alguns os metais são excelentes condutores térmicos, pois além
de possuírem uma estrutura cristalina, também transferem de calor através
migração dos elétrons livres.
Onde k é a condutividade térmica do material, 𝑨𝒕 área de transferência de
calor e
𝝏𝑻
𝝏𝒙
o gradiente de temperaturas na direção em que o calor é
transferido.
CO N D U Ç Ã O – LE I D E FO U R IE R
Para uma barra de seção constante cujas
extremidades se encontram a diferentes
temperaturas, a taxa de transferência de
calor por condução pode ser escrito como:
ሶ𝑸 = −𝒌𝑨𝒕
𝝏𝑻
𝝏𝒙
A convecção é o transporte de calor entre um fluido e uma superfície sólida
que ocorre através da soma de dois processos distintos de transferência de
calor: a condução entre o sólido e as moléculas do fluido e a advecção que é a
transferência de calor provocada pelo movimento do fluido.
Convecção – Lei do resfriamento de Newton
Convecção – Camada limite hidráulica
Convecção – Lei do resfriamento de Newton
A taxa de transferência de calor pode ser calculada pela Lei do resfriamento
de Newton.
ሶ𝑸 = 𝒉𝑨𝒔𝒖𝒑 𝑻𝒔𝒖𝒑 − 𝑻∞
Onde h é o coeficiente de transferência de calor por convecção, Tsup a
temperatura da superfície e 𝑻∞ a temperatura da corrente livre do fluido e
Asup a área de contato entre o fluido e a superfície.
Convecção – Lei do resfriamento de Newton
A radiação ocorre através da emissão de ondas eletromagnéticas por um corpo,
a propagação dessas ondas não necessita de um meio ocorrer.
ሶ𝑸 = 𝜺𝝈𝑨𝒔𝒖𝒑𝑻𝒔𝒖𝒑
𝟒
Onde ε é a emissividade do material, σ é a constante de Stefan-Boltzmann
(5,67x10-8 W/m²K4), 𝑨𝒔𝒖𝒑 é a área superficial do corpo e 𝑻𝒔𝒖𝒑
𝟒 é a
temperatura do material em Kelvin.
Radiação – Lei de Stefan-Boltzmann
FO R M A Ç Ã O D A S O N D A S E L E T R O M A G N É T IC A S
ES P E C T R O D A R A D IA Ç Ã O
RA D IA Ç Ã O SO L A R ES P E C T R A L
Um processo adiabático consiste em uma alteração no sistema em estudo,
onde a transferência de energia sob a forma de calor pode ser desprezada.
Isto poderia ocorrer por diversas razões:
a) as fronteiras do sistema são compostas de bons isolantes térmicos;
b) a transferência de calor não seria significativa porque há uma pequena
diferença de temperatura entre o sistema e sua vizinhança;
c) não há uma área superficial suficiente para permitir que uma transferência
de calor significativa ocorra.
Processo adiabático
O experimento de Joule consistiu no
movimento de descida de massas, que
movimentava um sistema de pás em um
banho de água. As pás movimentavam a
água fazendo com que a temperatura da
água no interior do recipiente aumentasse.
Balanço de energia para sistemas fechados
Em outras palavras, a redução da energia potencial gravitacional das
massas foi transformada em um aumento na energia interna da água.
Com base nos experimentos de Joule e outros, um aspecto fundamental do
conceito de energia é que a energia se conserva; chamamos esse fato de
Primeira Lei da Termodinâmica.
Em um sistema fechado, os únicos caminhos para variar a energia são através
da transferência de energia por meio de trabalho ou de calor, portanto:
∆𝑬 = 𝑸−𝑾
Balanço de energia para sistemas fechados
Lembrando que a energia total de um corpo é a soma de suas energias
macroscópicas, temos:
∆𝑬 = ∆𝑬𝒄 + ∆𝑬𝒑 + ∆𝑼
Para um sistema fechado, a primeira lei nos fornece a seguinte relação:
∆𝑬𝒄 + ∆𝑬𝒑 + ∆𝑼 = 𝑸−𝑾
Balanço de energia para sistemas fechados
No formato diferencial:
𝒅𝑬 = 𝜹𝑸 − 𝜹𝑾
Onde 𝒅𝑬 é a diferencial da energia, uma propriedade. Como o calor e o
trabalho não são propriedades, suas diferenciais são escritas como 𝜹𝑸 e 𝜹𝑾,
respectivamente.
A derivada temporal do balanço de energia
𝒅𝑬
𝒅𝒕
= ሶ𝑸 − ሶ𝑾 =
𝒅𝑬𝒄
𝒅𝒕
+
𝒅𝑬𝒑
𝒅𝒕
+
𝒅𝑼
𝒅𝒕
Balanço de energia para ciclos
Um ciclo termodinâmico é uma sequência de processos que começa e termina
no mesmo estado. No final do ciclo todas as propriedades têm os mesmos
valores que tinham no início.
Ao longo de um ciclo, os processos podem transferir calor e trabalho entre o
sistema e sua vizinhança de tal forma que:
∆𝑬𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝑸𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 −𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐
∆𝑬𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎 𝑸𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐
Onde 𝑸𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 e 𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 são quantidades líquidas, isto é a soma de todo o calor
transferido e todo o trabalho realizado respectivamente.
Balanço de energia para sistemas fechados
Ciclo de potência
Em um ciclo de potência, calor é transferido de uma
fonte quente para o sistema. Parte deste calor é
convertido em trabalho para a vizinhança e o restante
do calor é rejeitado para uma fonte fria. De tal forma
que:
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 − 𝑸𝒔𝒂𝒊
A eficiência do ciclo pode ser calculada como:
𝜼 =
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
=
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 −𝑸𝒔𝒂𝒊
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
= 1 −
𝑸𝒔𝒂𝒊
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
Ciclo de refrigeração
Em um ciclo de refrigeração, o sistema recebe trabalho
da vizinhança e usa este trabalho para retirar calor da
fonte fria, sendo calor também rejeitado para a fonte
quente. De tal forma que:
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝑸𝒔𝒂𝒊 − 𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
O coeficiente de desempenho pode ser calculado como:
𝜷 =
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐
=
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
𝑸𝒔𝒂𝒊 − 𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
Ciclo de bomba de calor
Em um ciclo de bomba de calor, o sistema recebe
trabalho da vizinhança e usa este trabalho para
transferir calor para a fonte fria, tendo sido retirado de
uma fonte quente. De tal forma que:
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝑸𝒔𝒂𝒊 − 𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
O coeficiente de desempenho pode ser calculado como:
𝜸 =
𝑸𝒔𝒂𝒊
𝑾𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐
=
𝑸𝒔𝒂𝒊
𝑸𝒔𝒂𝒊 − 𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂