TRABALHO TERMODINAMIXA (CICLO OTTO, CILCLO CANOT)

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UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA
ICET - Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia
termodinamica
ciclo carnot
e
ciclo de otto
DICENTES:
JULIO CESAR GOMES DA SILVA - RA: B650DI-0
LEANDRO EUGENIO SEGATO RA: B4964D-3
JOÃO KAIQUE TOMAZ DOS SANTOS – RA: B44GAF-4
MARCELO V. NETO – RA: B812GF7
DOCENTE:
PROF. SEBASTIÃO
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO
2014
SUMÁRIO
1.	CICLO DE CARNOT	3
1.1. Aplicações	6
1.2. Calculos............................................................................................................6
2. CICLO OTTO	11
2.1. Aplicações	14
2.2.	Cálculos	15
4.	 CONCLUSÃO	16
�5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................17
 
CICLO DE CARNOT
Até meados do século XIX, acreditava-se ser possível a construção de uma máquina térmica ideal, que seria capaz de transformar toda a energia fornecida em trabalho, obtendo um rendimento total (100%).
Para demonstrar que não seria possível, o engenheiro francês Nicolas Carnot (1796-1832) propôs uma máquina térmica teórica que se comportava como uma máquina de rendimento total, estabelecendo um ciclo de rendimento máximo, que mais tarde passou a ser chamado Ciclo de Carnot.
Este ciclo seria composto de quatro processos, independente da substância:
Uma expansão isotérmica reversível. O sistema recebe uma quantidade de calor da fonte de aquecimento (L-M)
Uma expansão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (M-N)
Uma compressão isotérmica reversível. O sistema cede calor para a fonte de resfriamento (N-O)
Uma compressão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (O-L).
O Ciclo de Carnot demonstra que o maior rendimento possível para uma máquina térmica é o de uma máquina que realizasse um ciclo de duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas, alternadas entre si, de acordo com o esquema:
1) Processo isotérmico reversível, no qual o calor é transferido do, ou para o reservatório de alta temperatura;
2) Processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de trabalho de um reservatório a alta temperatura diminui até o outro;
3) Processo isotérmico reversível, cujo calor é transferido do, ou para o reservatório de menor temperatura;
4) Processo adiabático reversível, em que a temperatura do fluido de trabalho vai aumentando desde o reservatório (a baixa temperatura) até o outro.
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FIG. 2 Diagrama Pressão x Volume para o Ciclo de Carnot
A fig. 2 mostra um diagrama p-V (pressão e Volume) do ciclo de Carnot. Como indicado pelas setas, o ciclo é percorrido no sentido horário. Imaginemos que a substância de trabalho é um gás, confinado em um cilindro isolado com um pistão pesado móvel. O cilindro pode ser colocado à vontade sobre qualquer um dos dois reservatórios térmicos, como na fig. 3, ou seja, uma placa isolante. A Fig. 2 mostra que, se colocarmos o cilindro em contato com o reservatório em alta temperatura com temperatura Ta, o calor |Qa| se transfere para a substância de trabalho partindo deste reservatório quando o gás sofre uma expansão isotérmica do volume Va para o volume Vb. Analogamente, com a substância de trabalho em contato com o reservatório em baixa temperatura com temperatura Tb, o calor |Qb| se transfere da substância de trabalho para o reservatório em baixa temperatura quando o gás sofre uma compressão isotérmica do volume Vc para o volume Vd.
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FIG. 3 Reservatorio 1
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FIG. 3 Reservatório 2
Supomos que a transferência de calor para a substância de trabalho ou retirado de calor da substância de trabalho só podem acontecer durante os processos isotérmicos ab e cd da fig. 2. Confirmamos que os processos isotérmicos bc e da que se juntam às duas isotermas nas Ta e Tb, são processos adiabáticos, ou seja, reversíveis, são processos nos quais não se transfere nenhuma energia sob a forma de calor. Para garantir que isto ocorra, durante os processos bc e da o cilindro é colocado sobre uma placa isotérmica quando o volume da substância de trabalho está variando.
O trabalho representado na fig. 2 pela área sob a curva abc, mostra que a substância de trabalho está expandido, ou seja, realizado trabalho positivo quando ela eleva o pistão carregado. E o trabalho representado pela área sob a curva cda, mostra que a substância de trabalho está sendo comprimida, que significa estar realizado trabalho negativo sobre o ambiente ou, que é equivalente, o ambiente externo esta realizando trabalho sobre ela quando o pistão carregado desce.
O ciclo de Carnot é um ciclo ideal, que trabalha entre duas temperaturas, Tf e Tq, e onde a segunda é superior à primeira. Pela observação da figura 1, constata-se que o ciclo funciona em quatro etapas:
Processo de A para B: corresponde a uma expansão isotérmica à temperatura Tq. O gás é posto em contato térmico, através da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor à temperatura Tq. Durante a expansão do volume VA para o volume VB, o gás recebe energia, |Qq|, e realiza trabalho, WAB, para empurrar o pistão, aumentando, desta forma, o volume dentro do cilindro.
Processo de B para C: a base do cilindro é substituída por uma parede não condutora e o gás expande de forma adiabática, isto é, não entra nem sai do sistema energia sob a forma de calor. Durante a expansão, a temperatura do gás diminui de Tq para Tf e o gás realiza trabalho, WBC, ao empurrar o pistão.
Processo de C para D: o gás é posto em contato térmico, através da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor à temperatura Tf e é comprimido isotermicamente. O pistão move-se de forma a diminuir a área dentro do cilindro, realizando trabalho, WCD, sob o gás que é comprimido até ao volume VD. Durante este processo, o gás transfere energia sob a forma de calor, |Qf|, para a fonte fria.
Processo de D para A: novamente a base do cilindro é substituída por uma parede não condutora, ocorrendo uma compressão adiabática. O gás continua a ser comprimido pelo pistão que realiza trabalho, WDA, sob o gás, o qual aumenta novamente a sua temperatura até Tq, sem que haja qualquer troca de calor no sistema. 
Aplicações
Esse ciclo reflete o Segundo Princípio da Termodinâmica:
"Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil) [Qa], que é parcialmente convertida em trabalho [W], sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada) [Qb]"
Esse princípio serviu de base para a 2ª Lei da Termodinâmica.
Ela pode ser expressa de várias formas. Uma delas, de forma qualitativa, seria:
Não é possível transformar completamente trabalho em calor, sem que outras mudanças ocorram no ambiente.
Na prática, 
a fonte quente é geralmente uma caldeira aquecida por algum combustível, seja ele químico ou nuclear, e 
a fonte fria é, geralmente o meio ambiente.
Como há sempre uma energia dissipada para o meio ambiente em forma de calor, segundo esse princípio, isso implica que não é possível construir uma máquina com rendimento de 100%!
Isso significa, também, que não é possível construir uma máquina que não cause poluição térmica.
Cálculos.
A quantidade de calor, Q, que o sistema absorve é:
Q = |Qq| - |Qf|
Quanto ao trabalho realizado pelo sistema, este é igual à área limitada pelas 4 curvas do gráfico PV, anteriormente apresentado. Pela 1ª lei da termodinâmica, para uma transformação cíclica, a variação de energia é zero, logo, é possível obter o trabalho realizado pelo engenho de Carnot:
Esta equação significa que apenas parte da energia sob a forma de calor que o ciclo absorve da fonte quente é transformado em trabalho, dado que a restante energiasob a forma de calor |Qf| é enviada para a fonte fria.
Rendimento do engenho de Carnot:
Razão entre o trabalho que o engenho fornece, W, e o calor que sai da fonte quente, |Qq|:
É ainda possível escrever o rendimento de Carnot em função das temperaturas da fonte quente e da fonte fria utilizando a relação:
Cuja demonstração é um pouco extensa, saindo fora do âmbito deste tópico. Assim sendo, obtém-se o rendimento em função das temperaturas das fontes de calor:
O engenho de Carnot é um engenho ideal e possui o máximo rendimento admissível para as máquinas térmicas, isto é, todas as máquinas reais (que se podem construir) têm um rendimento inferior ao do ciclo de Carnot. Por este motivo, o ciclo de Carnot é muito importante, pois estabelece uma comparação entre o rendimento de várias máquinas, tendo por base o rendimento máximo do engenho ideal de Carnot.
Este facto pode ser sintetizado no teorema de Carnot: 
Teorema de Carnot
Nenhum engenho real que opere entre duas fontes de energia sob a forma de calor diferentes, pode ser mais eficiente que o engenho de Carnot a operar entre essas mesmas duas fontes.
O ciclo de Carnot é também um ciclo reversível, isto é, pode ser realizado no sentido inverso. Para tal, basta efetuar as transformações descritas anteriormente, mas no sentido inverso. Assim, o ciclo absorve o trabalho W, ao invés de o produzir, absorve a energia sob a forma de calor da fonte fria, |Qf|, e transfere-a para a fonte quente. Este é o princípio de funcionamento de uma máquina frigorífica, como o frigorífico ou uma arca congeladora.
CICLO OTTO.
2.1. Aplicações
2.2. Cálculos
4. CONCLUSÃO
 
5. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
https://pt.wikipedia.org. Data de acesso: (19/05/2014)
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica (19/05/2014)
http://www.e-escola.com (20/05/2014)
http://www.fisica-interessante.com:(20/05/2014)
SÃO JOSÉ DO rIO PRETO