Maquinas Termicas

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Máquinas Térmicas 
 
Oque são? 
Máquinas que realizam trabalho a partir de calor em um processo cíclico. Um exemplo é 
uma planta de potência usando vapor, na qual o fluido de trabalho (H2O) retorna 
periodicamente ao seu estado original. Esse ciclo (de forma simplificada) é constituído 
pelas seguintes etapas: 
•Água líquida, vinda de um condensador, é bombeada para o interior de uma caldeira a 
alta pressão . 
•Calor de um combustível (como por exemplo Carvão ou Diesel) é transferido para a água 
no interior da caldeira, convertendo-a em vapor d'água a uma temperatura elevada, na 
pressão da caldeira. 
• Energia é transferida, como trabalho no eixo, do vapor d'água para a vizinhança, por um 
dispositivo, tal como uma turbina. no qual o vapor se expande reduzindo a sua pressão e 
a sua temperatura. 
• Vapor ao sair da turbina é condensado pela transferência de calor para a vizinhança, 
produzindo água líquida para retomar para a caldeira. Assim o ciclo se completa. 
Características: 
 
Em todos os ciclos das máquinas térmicas está presente as seguintes características 
• Absorção de calor pelo sistema em altas temperaturas 
• Rejeição de calor para a vizinhança em temperaturas mais baixas 
• Produção de Trabalho 
No tratamento teórico de máquinas térmicas, os dois níveis de temperatura que 
caracterizam a sua operação são mantidos por reservatórios de calor, por exemplo na 
região da chama da fornalha temos o reservatório quente, e a atmosfera vizinha tem-se 
como o reservatório frio. Reservatórios de calor são corpos “supostamente” capazes de 
absorver ou rejeitar uma quantidade infinita de calor sem variação de temperatura. 
 
Em operação: 
 
O fluido de trabalho de uma máquina térmica absorve calor |Qq| de um reservatório 
quente, produz uma quantidade líquida de trabalho |W|, descarta calor |Qf| para um 
reservatório frio, e retoma ao seu estado inicial. 
Podendo ser simplificado como: 
 
 Equação 5.1 
 
A eficiência térmica da máquina pode ser definida com a seguinte formula (η= saída de 
trabalho líquido/calor absorvido. Com a Eq. (5.1)): 
 
 Equação 5.2 
 
Para “η” ser um valor unitário (no caso, possuir uma eficiência de 100%), |Qf| tem que 
ser zero. Um resultado que até hoje não é alcançado pois o calor sempre é descartado 
para o reservatório frio. 
 
O que determina o limite superior? 
 
Se uma eficiência térmica de 100% não é possível para máquinas térmicas, o que então 
determina o limite superior? Certamente, estimasse que a eficiência térmica de uma 
máquina térmica depende do nível de reversibilidade de seus processos. De fato, uma 
máquina térmica operando de uma forma completamente reversível é muito especial, e é 
chamada uma máquina de Carnot. Primeiramente descritas por Carnot. As quatro etapas 
que formam um ciclo de Carnot são efetuadas na seguinte ordem: 
 
•Etapa 1: Um sistema em uma temperatura inicial igual à temperatura de um reservatório 
frio a Tf passa por um processo adiabático reversível, que causa uma elevação de sua 
temperatura até a temperatura de um reservatório quente a Tq. 
•Etapa 2: O sistema mantém contato com o reservatório quente a Tq, e sofre um 
processo isotérmico reversível durante o qual uma quantidade de calor IQqI é absorvida a 
partir do reservatório quente. 
•Etapa 3: O sistema sofre um processo adiabático reversível no sentido oposto ao da 
etapa I, que traz a sua temperatura novamente para a temperatura do reservatório frio Tf. 
•Etapa 4: O sistema mantém contato com o reservatório a Tf, e sofre um processo 
isotérmico reversível no sentido oposto ao da etapa 2, que o retoma ao seu estado inicial 
com a rejeição de uma quantidade de calor IQfI para o reservatório frio. 
 
Uma máquina de Carnot opera entre dois reservatórios de calor de tal forma que 
todo o calor absorvido é transferido na temperatura constante do reservatório quente, e 
todo calor descartado é transferido na temperatura constante do reservatório frio. 
Qualquer máquina reversível operando entre dois reservatórios de calor é uma máquina 
de Carnot; 
Uma máquina operando em um ciclo diferente deve necessariamente transferir 
calor através de diferenças de temperaturas não-nulas e finitas e, por consequência, não 
pode ser reversível.