Princípios da Termodinâmica 12

Prévia do material em texto

Máquinas Térmicas 
Robson Santos 
santosarobson@gmail.com 
Energia 
“Conserve energia!” 
 
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, a 
energia é sempre conservada. 
 
 
A 2ª Lei da Termodinâmica estuda a possibilidade ou impossibilidade 
de fazer uso de certas formas de energia. 
Buscamos constantemente 
melhorar a eficiência de nossas 
máquinas térmicas 
ΔU = Q – W 
Máquinas térmicas e 2ª Lei da 
Termodinâmica 
“Nenhum sistema pode absorver calor de um único 
reservatório e convertê-lo inteiramente em trabalho 
sem que resultem outras variações no sistema e no 
ambiente que o cerca.” 
Enunciado de Kelvin 
 
“Um processo cujo único resultado efetivo seja o de 
retirar calor de um reservatório frio e liberar a mesma 
quantidade de calor para um reservatório quente é 
impossível.” 
Enunciado de Clausius 
Máquinas Térmicas 
É um dispositivo cíclico, cujo objetivo é converter a 
maior quantidade possível de calor em trabalho. 
 
Substância de trabalho: Absorve uma quantidade 
de calor Q de um reservatório de alta temperatura, 
realiza trabalho W sobre o ambiente e libera calor 
Qf enquanto retorna para seu estado inicial, onde 
Q, W e Qf nunca são negativos. 
Máquinas térmicas 
Máquinas térmicas 
Ciclo de Otto 
Modelo idealizado dos processos do motor de 
combustão interna 
 
 
 
Retira-se o calor absorvido de um reservatório 
térmico quente à temperatura Tq, e o calor 
liberado é transferido para um reservatório 
térmico frio a uma temperatura menor Tf. 
 
Ex.: Reservatório térmico 
 
 Queima de um combustível fóssil  Atmosfera 
Ciclo de Otto 
Aplicação da 1ª Lei da Termodinâmica 
 
 
 
Rendimento (ε): Razão entre o trabalho realizado pela máquina 
e o calor retirado do reservatório de alta temperatura. 
 
𝜀 =
𝑊
𝑄𝑞
=
𝑄𝑞 − 𝑄𝑓
𝑄𝑞
= 1 −
𝑄𝑓
𝑄𝑞
 
ΔU = Qpara – Wsobre W = Qq - Qf 
Rendimento 
As melhores máquinas a vapor – 40% 
Os melhores motores de combustão – 50% 
 
Para ε = 1, todo calor retirado do reservatório quente 
seria convertido em trabalho e nenhum calor seria 
liberado para o reservatório frio. 
Contudo, é impossível construir uma máquina térmica 
com 100% de rendimento. 
2ª Lei para máquinas térmicas 
É impossível para uma 
máquina térmica, operando 
em um ciclo, produzir como 
único efeito o de retirar calor 
de um único reservatório e 
realizar uma quantidade 
equivalente de trabalho. 
 
Exemplo 
• Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 2,0 kJ de um 
reservatório quente, realiza trabalho e libera 1,5 kJ para um 
reservatório frio. Qual o rendimento da máquina? 
Exemplo 
Em uma máquina térmica são fornecidos 3kJ de calor pela fonte 
quente para o início do ciclo e 1780J passam para a fonte fria. Qual 
o trabalho realizado pela máquina, se considerarmos que toda a 
energia que não é transformada em calor passa a realizar trabalho? 
Exemplo 
A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua 
fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O 
rendimento máximo que essa máquina pode ter é de quanto? 
Exemplo 
Qual o trabalho realizado em determinada máquina térmica, 
sabendo que esta possui um rendimento hipotético máximo de 65% 
e rejeita para fonte fria uma quantidade de calor igual a 2,5 kcal? 
Exemplo 
Determine o rendimento de uma máquina térmica que retira do 
reservatório quente uma quantidade de calor igual a 500 cal e 
entrega fonte fria 3/5 desse valor?