Trabalho segunda lei termodinâmica

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

introdu��o do trabalho.docx
 A termodinâmica é uma área da Física que estuda as transferências de energia. Busca compreender as relações entre calor, energia e trabalho, analisando quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico.
 A ciência termodinâmica foi inicialmente desenvolvida por pesquisadores que buscavam uma forma de aprimorar as máquinas, no período da Revolução Industrial, melhorando sua eficiência. Esses conhecimentos se aplicam atualmente em várias situações do nosso cotidiano. Por exemplo: máquinas térmicas e refrigeradores, motores de carros e processos de transformação de minérios e derivados do petróleo.
 O estudo desse ramo parte das Leis da Termodinâmica, leis essas que postulam que a energia pode ser transferida de um sistema para outro na forma de calor ou trabalho. E ainda postulam a existência de uma quantidade denominada de entropia, a qual pode ser determinada para todos os sistemas. 
 A termodinâmica teve início em 1650, com Otto Von Guericke. Ele foi o responsável pela criação da primeira bomba a vácuo do mundo, além de criar o primeiro vácuo artificial através das esferas de Magduberg. Anos mais tarde Robert Boyle ficou sabendo dos experimentos de Otto, e em parceria com Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Através dessa bomba, Boyle e Hooke perceberam a relação entre pressão, volume e temperatura, e através dessa descoberta Boyle formulou uma lei que estabelece que a pressão e o volume são inversamente proporcionais. Essa lei ficou conhecida como Lei de Boyle. Estudos posteriores, baseados nos conceitos de pressão, temperatura e volume, fizeram por surgir a primeira máquina a vapor, com Thomas Savery. As máquinas daquela época eram muito grandes e robustas, mas atraíam a atenção de muitos cientistas, como foi o caso de Sadi Carnot. Denominado de o “pai da termodinâmica” em 1824 fez a publicação de “Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo”, nessa sua publicação ele fazia um discurso sobre o calor, a eficiência e a potência das máquinas a vapor. Esse fato marcou o início da Termodinâmica como ciência moderna. 
 O estudo da termodinâmica se baseia em leis que foram estabelecidas experimentalmente, a lei zero, primeira segunda e terceira lei. Nesse trabalho estaremos apresentando a Segunda Lei da termodinâmica, que trata da transferência de energia.
TRABALHO DE TERMODINAMICA.pdf
UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE 
 
 
EMILY R ANDRADE 
YAGO BEZERRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2ª LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Joinville, SC 
2018 
Introdução 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Segunda Lei da Termodinâmica 
A Segunda Lei da Termodinâmica trata da transferência de energia térmica. Ela 
indica as trocas de calor para igualar temperaturas diferentes (equilíbrio térmico), o 
que acontece de forma espontânea. 
Alguns de seus princípios são: 
- O calor é transferido de forma natural do corpo de maior temperatura para o de menor 
temperatura; 
 - Todo processo tem perda pois seu rendimento é sempre inferior a 100%. 
Estabeleceu-se essa lei a partir dos estudos de Carnot incentivado pela 
Revolução Industrial. O físico estudava a possibilidade de aumentar o rendimento das 
maquinas. 
Fazendo uma análise das máquinas térmicas, Carnot descobriu que eram mais 
eficientes quando havia transferência de calor de uma temperatura mais alta para uma 
temperatura mais baixa. A transferência de energia térmica ocorre sempre nessa 
ordem, é um processo irreversível. 
Pode-se citar que Clausius e Kelvin fizeram seus estudos sobre a 
termodinâmica baseados em Carnot. 
A Segunda Lei da Termodinâmica está ligada com o conceito de entropia. Ela 
completa a Primeira Lei da Termodinâmica, a qual se fundamenta no princípio da 
conservação de energia. 
 
Processos Reversíveis e Irreversíveis 
 Os processos reversíveis são aqueles que após terem ocorrido num dado 
sentido, também podem ocorrer naturalmente em um sentido oposto (ou não), 
voltando ao estado inicial. 
Ex: Compressão lenta de um gás de modo a que, em cada instante, o sistema 
permaneça em equilíbrio termodinâmico. A compressão muito lenta de um gás, 
através de um êmbolo de seringa, é praticamente um processo reversível, pois ao 
largar-se o êmbolo após a compressão, esta volta à posição inicial. A energia 
fornecida ao gás sob a forma de trabalho, quando este é comprimido, é então libertada 
para os arredores quando o gás se expande. 
Ex: 
 
 
 
 
 
Os processos Irreversíveis ocorrem sempre em um só sentido, facilitando o 
reconhecimento da ordem com que acontecem. 
Ex: 
 
 
 
 
Ciclo de Carnot 
É um ciclo particular de transformações termodinâmicas de um gás ideal. Ele é 
composto por duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas. 
Foi descrito e analisado pelo engenheiro francês Sadi Carnot, em 1824, em seus 
estudos sobre as máquinas térmicas. 
O ciclo de Carnot pode ser descrito pelas seguintes etapas: 
 
• O gás sofre uma transformação isotérmica. Se expande e absorve a quantidade de 
calor Q1 de uma fonte quente à temperatura T1. 
• Após a transformação isotérmica, o gás sofre uma transformação adiabática (sem 
trocas de calor com o meio). Como se expande adiabaticamente, sua temperatura cai 
para um valor T2. 
• Em seguida, o gás sofre uma compressão isotérmica e libera uma quantidade de calor 
Q2 para a fonte fria à temperatura T2. 
• Finalmente, retorna à condição inicial após sofrer uma compressão adiabática. 
 
 
 
O ciclo de Carnot se deve a um grande Teorema: 
 
A máquina de Carnot é uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot. 
Todas as máquinas de Carnot apresentam o mesmo rendimento, desde que operem 
com as mesmas temperaturas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciclo Padrão de Refrigeração a Ar 
O fluido refrigerante entra no evaporador (no estado de líquido mais vapor) e 
retira calor do meio interno passando para estado de vapor saturado seco, que é 
succionado pelo compressor onde é comprimido até a pressão de condensação. No 
condensador o fluido refrigerante libera calor para o ambiente externo e passa para o 
estado de líquido. Após isso, entra no dispositivo de expansão que reduz a sua 
pressão até a pressão do evaporador, reiniciando assim o ciclo. 
 
 
1- Vaporização completa do refrigerante antes da compressão (eliminação 
da presença de líquido no compressor) 
 
2- Substituição da turbina por um dispositivo de expansão 
(estrangulamento) 
 
O ciclo de refrigeração padrão é um ciclo internamente e externamente irreversível. 
As irreversibilidades externas acontecem nos trocadores de calor, uma vez que a 
transferência de calor não se dá com ΔT → 0 
As irreversibilidades internas acontecem no dispositivo de expansão uma vez que 
o mecanismo de redução da pressão é o atrito. 
Assim como os ciclos Otto, Diesel e Brayton (Potência a Gás) e o ciclo de Rankine 
(Potência a Vapor), o ciclo de refrigeração padrão é o ponto de partida para a 
implementação dos ciclos encontrados na prática. 
 
 
 
Diagrama P-H 
O diagrama pressão-entalpia é amplamente utilizado na análise de ciclos de 
refrigeração. 
 
 Diagrama P-H 
 
Sistemas de Bombas de Calor
(operação quente-frio) 
O fluido percorre um ciclo termodinâmico, no qual ele absorve calor no 
evaporador, onde a pressão e a temperatura são baixas, recebe trabalho 
no compressor e transfere calor no condensador, onde a pressão e a temperatura são 
altas. Quando o fluido refrigerante escoa pela válvula de expansão, ocorre uma queda 
de pressão. Assim, a bomba de calor é um dispositivo que opera segundo um ciclo 
que precisa de trabalho para que seja possível a transferência de calor de um corpo 
a baixa temperatura para outro a alta temperatura. 
O fluido de trabalho, no seu estado gasoso, é pressurizado por um compressor 
e então circula pelo sistema através de tubos isolados. No lado de descarregamento 
do compressor, o vapor, com alta pressão e alta temperatura, é resfriado em um 
condensador, até ele se tornar um líquido com alta pressão e temperatura moderada. 
O refrigerante condensado passa por uma válvula de expansão que diminui a sua 
pressão. O fluido líquido então entra no evaporador, onde ele absorve calor e ferve. 
Logo após ele retorna para o compressor e o ciclo se repete. 
 
 
Refrigerantes 
A escolha do refrigerante depende de sua aplicação. Tem algumas 
características desejáveis na escolha do refrigerante: 
 
- Não ser toxico; 
- Não ser inflamável; 
- Não ser corrosivo; 
- Não ser prejudicial ao meio ambiente; 
- Ser quimicamente estável; 
- Ter alta entalpia de vaporização (minimiza a vazão mássica); 
- Ter um baixo custo e estar disponível. 
 
Para selecionar o fluido refrigerante deve-se estar atento as temperaturas com 
quais ele troca calor, o ambiente que será refrigerado e espaço externo). 
 
 
Curva de saturação de alguns refrigerantes 
 
A pressão do condensador deve ser bem menor do que a pressão do ponto 
crítico do refrigerante. Isso proporciona uma rejeição de calor a temperatura 
constante, que é bom para COP. 
Alguns exemplos de refrigerantes: 
Refrigerantes domésticos: R-134a (HFC, sintético), R-600a (isobutano) 
Refrigeração comercial: R-134a, R-404A, R-407A (HFC, sintéticos) 
Conforto térmico: R-22 (HCFC, sintético), R-134a, R-410A (HFC, sintéticos) 
Industrial e armazenamento: R-717 (NH3, natural), R-744 (CO2 – natural), R-
134a, R-407C 
Naturais: Camada de ozônio, efeito estufa. 
 
 
 
 
Referências bibliográficas 
ABREU, Pedro. Processos Reversíveis e Irreversíveis. 2007-2008. http://e-
escola.tecnico.ulisboa.pt/topico.asp?id=572 . Acesso em: 06/06/18 
ALVAREZ, Franklin. A Segunda Lei da Termodinâmica. 2017. 
http://www.fem.unicamp.br/~franklin/EM524/aula_em524_pdf/aula-8.pdf . Acesso em 
11/06/2018 
HALL, Nancy. Entropy Of a Gas. 2015. https://www.grc.nasa.gov/www/k-
12/airplane/entropy.html . Acesso em: 11/06/2018