Aplicações 2 lei termodinamica slide2

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APLICAÇÕES À ENGENHARIA MECÂNICA DA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA E DA ENTROPIA
A segunda lei da termodinâmica afirma que as diferenças de temperatura tendem a equalizar-se. Se houver regiões com diferentes temperaturas e estiverem em contato, haverá a transferência de energia térmica (calor) da região mais quente para a região mais fria. Isso é útil para máquinas que transformam calor em trabalho. 
As máquinas térmicas utilizam energia em forma de calor, normalmente gás ou vapor em expansão térmica para realizar o trabalho mecânico, essa energia é transferida através de sua expansão no interior da máquina térmica acionando o sistema mecânico, pistão, rotor ou outro, e realizando trabalho.
Máquinas térmicas
São dispositivos que transformam a energia interna de um combustível em energia mecânica, elas convertem o calor em trabalho. Funcionam em ciclos, e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes. O calor flui da fonte quente para a fonte fria, obedecendo a segunda lei da termodinâmica;
Essas máquinas não transformam todo o calor em trabalho, pois a transformação de calor em energia mecânica não é um processo espontâneo, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%;
Esse rendimento é a razão entre a potência útil, trabalho produzido pela máquina térmica, e a potência total calor fornecido a máquina térmica pela fonte quente:
Exemplos de máquinas térmicas:
Refrigeradores: O objetivo de um refrigerador é manter o ambiente refrigerado a uma temperatura baixa através da remoção de calor a partir dele.
Veículos automotores: Os motores de combustão interna do ciclo Otto são aqueles que aspiram a mistura ar-combustível preparada antes de ser comprimida no interior dos cilindros. A combustão da mistura é provocada por centelha produzida numa vela de ignição. 
Turbinas a vapor: O funcionamento da turbina a vapor baseia-se no princípio de expansão do vapor, gerando diminuição na temperatura e energia interna; essa energia interna perdida pela massa de gás reaparece na forma de energia mecânica, pela força exercida contra um êmbolo.
Bombas de calor: O objetivo de uma bomba de calor, é o de manter um espaço aquecido a uma temperatura elevada. Isto é alcançado através da absorção de calor a partir de uma fonte de baixa temperatura. 
Caldeiras: São utilizadas em empresas de processos industriais que precisam de altas temperaturas. Essa temperatura é regulada por um termostato. Utilizando a queima de qualquer tipo de combustível, a água é aquecida, transformada em vapor e este bombeado para um circulador, através de outro tubo, seguindo para as áreas da indústria que o utilizam.
EXERCÍCIO RESOLVIDO 1:
EXERCÍCIO RESOLVIDO 2:
(PUCRS 2014) Numa turbina, o vapor de água é admitido a 800K e é expulso a 400K. Se o rendimento real dessa turbina é 80% do seu rendimento ideal ou limite, fornecendo-se 100KJ de calor a turbina, ela poderá realizar um trabalho igual a:
80KJ
60KJ
40KJ
20KJ
10KJ 
NREAL = 0,8*NMAX
N MAX = 1-(TF/TQ)
N MAX = 1-(400K/800K) = ½
NREAL = 0,8*(1/2) = 0,4
NREAL = 40%
EXERCÍCIO RESOLVIDO 3:
(PUCPR 2006) Uma maquina térmica, operando em um ciclo de carnot, trabalha entre as temperaturas de -73° C e 227° C. em cada ciclo, a maquina recebe 500J de calor da fonte quente. Análise as seguintes alternativas:
O rendimento dessa maquina é de 40%.
O trabalho realizado pela maquina é de 300J.
O calor rejeitado, por ciclo, para a fonte fria é de 200J.
Estão corretas:
I e II
II e III
I e III
Somente II
Somente a III
I) NMAX = 1-(TF/TA)
NMAX = 1-(200/500)
NMAX = 1-(2/5)
NMAX = 0,6 ou 60%
II) N = W/QQ
0,6 = W/500J
W = 300J
III) 500J-300J = 200J