Termodinâmica

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Segunda Lei da Termodinâmica em Volume de Controle 
Second Law of Control Volume Thermodynamics 
 
Resumo 
Embora vários aspectos pelos quais a Termodinâmica é conhecida desde a 
antigüidade, seu estudo formal começou no século XIX, motivado pela utilização 
do calor como força motriz. Atualmente sua presença é bastante abrangente, 
como ciência da energia e das relações entre as propriedades da matéria. 
No âmbito acadêmico seu conhecimento é de suma importância, como exemplo 
na física: interesse em compreender os fundamentos dos comportamentos Físico 
e Químico da matéria e usar os princípios termodinâmicos para estabelecer 
relações entre as propriedades da matéria; ou na engenharia: interesse em 
estudar sistemas e suas relações com a vizinhança. 
A segunda Lei da termodinâmica, como seu próprio nome já diz, trata-se de uma 
ramificação da termodinâmica que faz menção a transferência de energia térmica, 
indicando as trocas de calor que tem tendência a um equilíbrio térmico. Dois 
princípios são fundamentais para sua compreensão: a transferência do calor se 
dá de um corpo de maior para o de menor temperatura e a noção que todos 
processos possuem perdas, assim certificando que o rendimento do processo 
nunca será de 100%. Será abordado o ciclo termodinâmicos de Carnot, 
explanando suas metodologias, comportamentos e aplicações 
Palavras-chave: Termodinâmica. Segunda Lei da Termodinâmica. Ciclo de Carnot. 
 
Abstract 
 
Although several aspects for which Thermodynamics has been known since antiquity, 
its formal study began in the 19th century, motivated by the use of heat as a driving 
force. Currently, its presence is quite comprehensive, as a science of energy and of the 
relationships between the properties of matter. 
In the academic field, your knowledge is of paramount importance, as an example in 
physics: interest in understanding the fundamentals of the Physical and Chemical 
behaviors of matter and using thermodynamic principles to establish relationships 
between the properties of matter; or in engineering: interest in studying systems and 
their relations with the neighborhood. 
The second law of thermodynamics, as its name suggests, is a branch of 
thermodynamics that mentions the transfer of thermal energy, indicating the heat 
exchanges that tend to have a thermal equilibrium. Two principles are fundamental for 
your understanding: the transfer of heat takes place from a larger body to a lower 
temperature and the notion that all processes have losses, thus certifying that the 
process yield will never be 100%. Carnot thermodynamic cycle will be addressed, 
explaining their methodologies, behaviors and applications 
Keywords: Thermodynamics. Second Law of Thermodynamics. Carnot cycle. 
 
 
 
 
1. Introdução 
 
A Termodinâmica é a área da física que tem como objetivo estudar o 
comportamento de sistemas que contenham muitos corpos, assim como sua relação 
com o calor, energia e trabalho realizados por um processo físico. Surgiu na Revolução 
Industrial, desenvolvida por pesquisadores que buscavam formas de aprimorar e 
melhorar a eficiência das máquinas. Existem quatro leis da termodinâmica, porém o 
estudo deste artigo será voltado especificamente para a segunda lei. 
A Segunda lei da Termodinâmica: diz que para um sistema realizar conversões 
de calor em trabalho, ele precisa realizar ciclos entres fontes de calor quente e fria de 
forma sucessiva. Assim, ocorre a transformação de calor em trabalho por um processo 
cíclico, até que o sistema alcance um equilíbrio termodinâmico. Enquanto a primeira lei 
da termodinâmica estabelece a conservação de energia em qualquer transformação, a 
segunda lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas possam 
ocorrer espontaneamente. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Primeira_lei_da_termodin%C3%A2mica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Primeira_lei_da_termodin%C3%A2mica
Em resumo, estabelece que as diferenças entre os sistemas (pressão, densidade 
e temperatura) tendem a igualar-se, fazendo com que um sistema isolado se 
mantenha uniforme em todos os pontos. Sendo assim, o sistema em estudo, 
apresentando em algum momento regiões com diferentes temperaturas, fará 
transferência de energia térmica da região de maior temperatura para a menor. Esse 
princípio é utilizado em máquinas térmicas, que provêm trabalho graças a essa 
diferença de temperatura entre dois corpos. 
Vale ressaltar que aqui, o termo “sistema” identifica o objeto de análise, podendo 
ele ser um corpo livre ou ainda um complexo como por exemplo, uma refinaria. 
Lembrando também que o termo “vizinhança” será empregado para referir-se a tudo 
aquilo que é externo ao sistema e o termo ”fronteira” para designar uma superfície real 
ou imaginária de delimitação do sistema. 
Baseando-se nesses princípios, será abordado a aplicação em volumes de 
controle, bem como seu comportamento, considerando as contribuições dos fluxos de 
massa que atravessam a fronteira do volume de controle. O volume de controle é um 
volume definido no espaço, onde se dá o escoamento de um fluído. Essa região é 
delimitada por uma fronteira e é onde a matéria será observada. 
 
2. Revisão de literatura ou referencial teórico 
 
2.1 Princípio da conservação da energia 
O Princípio da Conservação da Energia está associado a algo que não muda, 
assim, a variável de uma equação que constitui uma grandeza conservativa é constante 
ao longo do tempo. Em um determinado sistema mecânico, em que formas de energia 
relacionadas a fenômenos eletromagnéticos ou térmicos não estão presentes, pode-se 
dizer que a energia total do sistema é puramente mecânica. Desse modo, o Princípio 
da Conservação da Energia implica a conservação da energia mecânica. Esta, por sua 
vez, é a soma das quantidades de energia cinética e diversas formas de energia 
potencial (gravitacional e elástica entre elas). Embora a energia mecânica seja sempre 
constante, a quantidade de cada uma de suas componentes pode sofrer variação de 
tal modo que a energia total permaneça constante. De acordo ao sistema envolvendo 
as energias citadas, em problemas mecânicos utiliza-se essa equação de energia 
mecânica, EM, é a soma da energia potencial e da energia cinética de um sistema: 
 
Como a conservação da energia pode ser usada para descrever o 
movimento do objeto? 
Ao aplicar o Princípio da Conservação de Energia, são criadas 
equações que igualam a soma das diferentes formas de energia no 
sistema, assim como resolver equações para a velocidade vetorial, a 
distância ou algum outro parâmetro do qual a energia dependa. Dessa 
forma, permite-se encontrar soluções de maneira mais ágil que as 
equações cinemáticas, como esse exemplo abaixo: 
Considere um jogador de golfe na lua, a aceleração gravitacional vale 1,625 
m/s2, acertando uma bola de golfe. A propósito, o astronauta Alan Shepard 
realmente fez isso. A bola deixa o taco num ângulo de 45° , em relação à 
superfície lunar, viajando a 20 m/s, tanto horizontal quanto verticalmente, 
a velocidade vetorial total é de 28,28 m/s. Qual é a altura máxima que a 
bola de golfe pode atingir? 
 
Aplicando o princípio da conservação da energia mecânica, podemos 
então encontrar a altura h, note que as massas se cancelam. 
 
Portanto, se o componente vertical da velocidade vetorial torna-se zero na 
altura de pico, isto retrata que o único componente de velocidade vetorial 
na altura de pico é a componente horizontal. Assim como esse componente 
não muda, o valor de componente horizontal da velocidade vetorial é igual 
a velocidade total da altura de pico. 
https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Shepard
 
2.2 O princípio do aumento da entropia para um volume de controle 
Os fenômenos macroscópicos que nos cercam são irreversíveis, implicando a 
seta do tempo. A irreversibilidade se caracteriza por qualquer fenômeno dissipativo que 
impossibilite a reversibilidadede um processo, como por exemplo, o não- equilíbrio, 
atritos, efeito Joule. A grandeza física associada à irreversibilidade é a Entropia. 
 
Figura 1- imagem de processo de irreversibilidade, não ocorrem espontaneamente na 
ordem temporal reversa. 
A ideia de entropia surgiu no seguimento de uma função criada pelo físico alemão 
Rudolf Clausius (1822- 1888). Expressou a entropia em escala macroscópica pela 
primeira vez em 1865. Adverso ao Princípio da conservação de energia, a Entropia não 
se conserva num sistema isolado. 
-Efeito das irreversibilidade sobre a entropia: 
● a entropia de um sistema fechado só pode aumentar devido ao recebimento de 
calor ou pela ocorrência de irreversibilidade; 
● a entropia de um sistema fechado só pode diminuir por meio da retirada de calor; 
● a entropia de um sistema não pode diminuir durante um processo adiabático; 
● a entropia de um sistema isolado não pode diminuir; 
● todos os processos adiabáticos e reversíveis são isentrópicos. 
O Princípio do aumento da entropia é constituído por duas transformações: 
transformação 1-2, que tanto pode ser reversível como irreversível e transformação 2-
1 que é reversível. 
 
 
Figura 2- Variação de entropia entre dois estados é a mesma que o processo seja 
reversível ou irreversível. 
 
 
Como mostra a imagem, o sinal = está relacionado as transformações reversíveis 
e o sinal > indica as transformações irreversíveis. Segundo integral na equação que 
descreve a variação de entropia, a temperatura é sempre positiva por ser uma 
temperatura absoluta. Assim, nas transformações reversíveis, quando o sistema 
recebe energia sob forma de calor a variação de entropia é positiva, já quando o 
sistema perde energia a variação é negativa. Portanto, nas transformações 
irreversíveis a variação de entropia é sempre superior ao valor da integral de dQ.rev/T: 
 
A equação pode ser escrita dessa forma: 
 
A primeira equação corresponde uma variação de entropia que acompanha as 
trocas de calor. Já a segunda equação Sger representa as irreversibilidades, ou seja, 
aumenta com o aumento das irreversibilidades. Para um sistema fechado adiabático 
as trocas de calor são nulas, assim, o processo não produz entropia. Quando isso 
ocorre, a primeira equação toma a seguinte forma de sistema isolado: 
 
A equação acima traduz o princípio do aumento de entropia, assim, a entropia de 
um sistema isolado durante uma transformação aumenta sempre ou, no caso limite das 
transformações reversíveis, permanece constante. 
Para não ser limitado somente às transformações adiabáticas de sistemas 
fechados, é considerado um outro sistema, na qual o sistema inicial e a sua vizinhança 
podem ser conhecido por dois subsistemas de um sistema maior, isolado e o mesmo 
é dado pela soma das variações de entropia dos dois sub-sistemas. Sendo assim, esta 
equação impõe que a soma dessas duas variações de entropia, tanto do sistema como 
da vizinhança, não seja negativa. 
 
Portanto, uma vez que os processos reais são todos irreversíveis, conclui-se que 
em qualquer processo natural a entropia do Universo ou do sistema sempre aumenta. 
Dessa forma, pode-se resumir o princípio de aumento de entropia, para determinar 
quando uma dada transformação é reversível, irreversível ou impossível da seguinte 
forma: 
 
2.4 Rankine 
Quando se trata da utilização de Ciclos de Potência, o ciclo de Rankine resolve 
algumas dificuldades presentes no ciclo de Carnot. Este ciclo simples ou 
elementar é nada mais nada menos que uma simples modificação do ciclo de 
Carnot no que tange o processo de bombeamento. 
A modificação mais simplista que é necessária introduzir no ciclo de Carnot 
é a condensação completa do fluido de trabalho, sendo assim o processo de 
adição de calor que no ciclo de Carnot era isotérmico, se torna isobárico 
O ciclo de Rankine e o de Carnot possuem os mesmos materiais em comum. 
Ao ocorrer uma diminuição na temperatura média de adição de calor no ciclo de 
Rankine quando comparado com o ciclo de Carnot equivalente, haverá uma 
redução da eficiência térmica do ciclo. Assim, a potência total da turbina, a vazão 
mássica do fluido de trabalho que percorre todo o ciclo. 
O balanço energético de cada componente é dado abaixo, desprezando a 
energia cinética e potencial: 
 
 
 
 
Vale lembrar, que na bomba, o trabalho específico ainda pode ser estimado de 
uma forma mais simples, já que o líquido é praticamente incompressível, isto é, o 
volume específico é constante. Com isso, tem-se que na região de líquido, um 
processo isentrópico é dado por: 
 
Como, o trabalho específico é dado pela diferença de entalpias, então, a equação 
se transforma em : 
 
 
2.4.1 Ciclo de Rankine com Superaquecimento 
No ciclo de Rankine, o vapor saturado seco é expandido na turbina 
isoentrópica. Durante esse processo, ocorre a condensação do vapor e na saída 
do equipamento uma mistura de líquido e vapor estará presente. Com isso, outro 
problema adicional ocorre: a presença de uma quantia muito grande de gotículas 
de líquido vai causar a erosão das pás das turbinas. Como regra geral, deve-se 
evitar o título do vapor, que deve ficar sempre acima de 90%. 
Trata-se de superaquecer o vapor na saída do gerador de vapor antes de 
expandi-lo na turbina. E o equipamento utilizado para esse fim é o 
superaquecedor. 
 
2.4.2 Ciclo de Rankine com Reaquecimento 
O ciclo funciona da seguinte forma: o vapor superaquecido é expandido 
no estágio de alta pressão da turbina . O fluido de trabalho sofre um novo 
processo de reaquecimento no reaquecedor, em num processo a pressão 
constante até a temperatura igual à temperatura máxima do ciclo. 
 
2.4.3 Ciclo de Rankine Regenerativo 
Segundo MOREIRA, José: 
“Em termos práticos, não é possível utilizar 
esse ciclo regenerativo ideal por diversos 
motivos. O primeiro deles refere-se à 
impossibilidade de uma transferência de calor 
reversível entre o vapor em expansão com a 
água de alimentação do gerador de vapor. “ 
 
Também, analisa-se o surgimento do aumento da presença de líquido 
na turbina em virtude da transferência de calor, esta situação é maléfica já 
que ocorre problemas como a erosão das pás. A técnica que geralmente é 
utilizada nas vantagens do ciclo regenerativo consiste na extração do vapor 
de água em diversos estágios da turbina e na mistura com a água de 
condensação. 
 
 
2.4.4 Ciclo Orgânico de Rankine 
Esses ciclos são a mesma coisa que o ciclo simples de Rankine, 
contudo possui como fluido de trabalho outras substâncias que dispõem de 
um comportamento termodinâmico diferente e único que os prestam para 
pequenas centrais de geração de energia elétrica. 
De acordo com MOREIRA, José: 
“Essas centrais têm mais interesse em 
recuperação de energia térmica de algum 
processo, ou aplicações com energia solar, do 
que em ter uma elevada eficiência térmica 
global do ciclo propriamente dita. “ 
 
O estudioso afirma também que estes são ciclos mais fáceis quando 
se trata da operação, pois dispensam alguns equipamentos de um ciclo 
tradicional Rankine. este fato faz com que haja diversas modificações no 
ciclo original de Rankine, como por exemplo o superaquecimento do vapor, 
o reaquecimento e ciclo regenerativo com extração de vapor. 
 
2.5 Aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica 
 Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior 
aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata 
diretamente do rendimento das máquinas térmicas. Para entendermos o motivo 
da segunda lei da termodinâmica ter uma maior aplicação falaremos sobre o 
Enunciado de Clausius e o Enunciado de Kelvin-Planck pois foi a partir destes 
enunciados que a segunda lei de termodinâmica foi desenvolvida. 
 
 
 Enunciado de Clausius, diz que: 
“O calor não pode fluir, de maneira 
espontânea, de um corpo de temperatura 
menor, para outrocorpo de temperatura mais 
alta. ” 
Enunciado de Kelvin-Planck, diz que: 
“É impossível a construção de uma máquina 
que, operando em um ciclo termodinâmico, 
converta toda a quantidade de calor recebido 
em trabalho. ” 
 A partir destes enunciados pode-se notar que Clausius defende a teoria de 
que um corpo mais frio não irá perder energia em forma de calor para um corpo 
mais quente. Porém, um corpo mais quente poderá perder energia em forma de 
calor para um corpo mais frio, até que os dois corpos estejam em equilíbrio. Para 
que ocorra o inverso, será necessária uma ação externa, que realize trabalho 
sobre este sistema. Já Kelvin-Planck defende a teoria de que independente da 
sofisticação da máquina térmica construída, mesmo que o sistema esteja isolado, 
sempre haverá a perda de uma parte da energia. Em outras palavras, a energia 
térmica não será totalmente transformada em trabalho. 
 Assim, podemos interpretar a segunda lei da termodinâmica da seguinte 
maneira: apenas um corpo de temperatura mais elevada poderá transferir calor 
para um corpo de temperatura mais baixa. O contrário não é possível sem a ação 
de um agente externo. A transferência de calor irá ocorrer até que o sistema entre 
em equilíbrio térmico. Além disto, não é possível criar uma máquina térmica de 
movimento contínuo, pois uma parte da energia térmica será transformada em 
trabalho e outra será perdida. Não é possível transformar a energia totalmente em 
trabalho. 
 
2.5.1 Máquinas Térmicas 
 A segunda lei da termodinâmica foi desenvolvida a partir da 
observação do funcionamento das máquinas térmicas. Máquinas térmicas 
são máquinas que funcionam a partir da transformação do calor em trabalho, 
que também podemos chamar de energia mecânica. Pense nas primeiras 
máquinas a vapor da revolução industrial. A água era aquecida até 100°C, 
passando para o vapor. Este vapor movimentava o pistão da máquina, que 
estava a uma temperatura mais baixa. A partir deste movimento, a energia 
térmica gerada pelo aquecimento da água foi transformada em energia 
mecânica (trabalho), possibilitando o funcionamento mecânico das 
máquinas das primeiras indústrias. 
 
A fonte térmica fornece uma quantidade de calor (𝑄1) que no 
dispositivo transforma-se em trabalho (𝜄) mais uma quantidade de calor que 
não é capaz de ser utilizado como trabalho (𝑄2) 
|𝜄| = |𝑄1| − |𝑄2| 
Utiliza-se o valor absoluto da quantidade de calor pois, em uma 
máquina que tem como objetivo o resfriamento, por exemplo, estes valores 
serão negativos. Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura 
menor para o maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo 
não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho 
externo, assim: 
 
 
 
2.5.2 Processo Reversível e Irreversível 
O processo reversível é definido como um processo ideal. É definido 
como aquele que, tendo ocorrido, pode ser invertido e depois de realizada 
essa inversão, não se notará nenhum vestígio no sistema e nas vizinhanças. 
Analisando o comportamento do gás contido no cilindro-pistão da 
figura, verifica-se que o gás é o sistema. Primeiramente a pressão no gás é 
alta e o pistão está imobilizado pelo pino. Quando o pino é removido, o pistão 
sobe e bate nos limitadores. Um trabalho é realizado pelo sistema, pois o 
pistão foi levantado. Para restabelecer o estado inicial no sistema, 
precisamos exercer uma força sobre o pistão, comprimindo o gás até que o 
pino possa ser recolocado. O trabalho realizado sobre o gás no processo de 
volta é maior que no processo inicial. Para ter a mesma energia interna do 
estado inicial, uma quantidade de calor deve ser transferida do gás durante 
o curso de volta. Porém as vizinhanças mudaram pelo fato de ter sido 
necessário fornecer trabalho ao sistema, para que o êmbolo descesse e 
transferisse calor para as vizinhanças. Por isso, o processo inicial é 
irreversível, pois não pode ser invertido sem provocar uma mudança nas 
vizinhanças. 
 
 
Figura – Exemplo de processo irreversível 
 
Fonte: Fundamentos da termodinâmica, 2006, p. 211 
Considerando o gás contido no cilindro mostrado anteriormente como 
sistema e o êmbolo seja carregado com vários pesos. Retiramos os pesos 
um por vez, fazendo-os deslizar horizontalmente e permitindo que o gás se 
expanda e realize trabalho. Conforme vai diminuindo o tamanho dos pesos, 
e, portanto, aumentando o seu número, aproximamo-nos de um processo 
que pode ser invertido. Como os pesos ficaram muito pequenos, o processo 
inverso pode ser feito de tal maneira que tanto o sistema como as 
vizinhanças retornaram ao mesmo estado em que estavam no começo. 
Desta forma o processo é reversível. 
Figura – Exemplo de um processo que se aproxima do reversível. 
 
Fonte: Fundamentos da termodinâmica, 2006, p. 211 
Alguns fatores que tornam um processo irreversível: 
● Atrito 
● Expansão não resistida 
● Transferência de calor com diferença finita de temperatura 
● Mistura de duas substâncias diferentes 
● Efeitos de histereses 
 
2.6 Ciclo de Carnot 
 No século XIX, acreditava-se ser possível a construção de uma máquina 
térmica ideal, onde seria capaz de transformar a energia fornecida em trabalho, 
obtendo um rendimento total. 
 Mostrando que não seria possível, o engenheiro francês Nicolas 
Carnot, obteve a ideia de uma máquina térmica teórica que se comportava como 
uma máquina de rendimento total, estabelecendo um ciclo de rendimento máximo, 
que logo mais passou a ser chamado Ciclo de Carnot. 
 
 
 
 Alguns dos seus processos consistem em: 
 
- Expansão isotérmica AB, momento onde o gás retira a energia térmica da 
fonte quente. 
- Expansão adiabática BC, o gás não faz a troca de calor 
- Compressão isotérmica CD, o gás rejeita a energia térmica para a fonte fria 
- Compressão adiabática DA, onde o gás não troca calor 
 A Máquina de Carnot, embora ela não renda 100%. Ela representa a 
quantia máxima que uma máquina térmica pode render trabalhando entre 
temperaturas da fonte quente e fria. 
 Desta forma serve para descobrir se uma máquina térmica rende bem, 
compensando o custo para um empreendimento. Não é possível qualquer 
máquina térmica render mais ou igual que a de Carnot, desde que opere entre 
duas fontes às temperaturas T1 e T2. 
 O rendimento da Máquina de Carnot é dado através do cálculo da 
fórmula seguinte: R = 1 – T2/T1. Onde, R é o quanto rende a máquina de Carnot, 
T1 é a temperatura em Kelvin (K) da origem quente e T2 a temperatura da fonte 
fria em Kelvin (K). 
 Carnot fez a amostra da relação de proporcionalidade entre as 
quantidades de calor de fonte fria e da fonte quente, com as seguintes 
temperaturas: 
QF = TF 
QQ TQ 
 Fazendo a substituição dos termos na equação do rendimento, vamos 
obter em função das temperaturas: 
η = 1 -QF ------------> η = 1 -TF 
 QQ TQ 
 
2.7 Aplicações da Segunda Lei da Termodinâmica dia-a-dia 
Embora possa parecer algo distante das atividades cotidianas, um exemplo 
simples, mas não menos eficiente que pode-se trazer da aplicação da segunda 
lei da termodinâmica é o de uma freada brusca. Encostando a mão nos pneus 
próximos ao chão, percebe-se que foi gerado calor através do atrito. Ou seja, 
transformou-se a energia mecânica de um veículo em calor. Agora não é possível 
reverter esta transformação, utilizando o calor gerado em movimento novamente, 
assim como ocorre nas máquinas térmicas. 
 
Um outro exemplo é o de locomotivas a vapor e a sua evolução que são os 
motores de quatro tempos. A locomotiva a vapor, possui um vapor a alta pressão 
que vai entrando, empurrando o pistão e ao movimentar a válvula o ar frio é jogado 
para fora (que é o vapor exaurido), e é por isso que a máquina retira calor, realiza 
trabalho e joga calor na fonte fria, que é o vapor aindaaquecido jogado fora. Então 
a quantidade de calor vai ser igual ao trabalho realizado mais o calor rejeitado a 
fonte fria, que é o princípio de conservação de energia. Onde não há conversão 
total de calor em trabalho. Já o motor de quatro tempos, ele retira calor da parte 
quente. O primeiro tempo é a admissão do combustível, o segundo tempo é a 
compressão, o terceiro a explosão que gera um movimento do virabrequim e o 
quarto a exaustão. 
A admissão é a injeção do combustível no sistema, a mistura de ar e 
combustível, o sistema desce e volta, e volta comprimindo, nesse processo de 
compressão ocorre um aquecimento natural, só que não é suficiente para gerar a 
explosão, então é necessária uma vela de ignição para que haja uma centelha, e 
depois precisa pegar esse gás que já sofreu explosão e joga para fora pelo 
escapamento, e depois da explosão ocorre a conversão de calor em trabalho 
mecânico. Esse processo é um ciclo. 
 O refrigerador é uma máquina térmica que faz o processo inverso, 
retira calor da fonte fria (congelador) e joga esse calor na fonte quente, que faz o 
calor sair do frio para o quente, o que não ocorre espontaneamente, é um 
processo forçado que ocorre em refrigeradores e ar condicionado. Graças a 
presença de uma substância refrigerante, o refrigerador consegue retirar calor da 
fonte fria, gastando energia, trabalho sobre o sistema, e a energia retirada da fonte 
fria somado com o trabalho realizado pelo compressor, ambos serão rejeitados 
na fonte quente, onde flui da fonte fria para a fonte quente. 
Além dos exemplos citados acima, ainda pode-se citar como exemplo os 
ares-condicionados, as turbinas a vapor, entre outros. 
2.8 Aplicações da eficiência na engenharia 
A eficiência de uma máquina térmica em que acontece um processo envolve 
uma comparação entre o desempenho real da máquina e o desempenho que ela 
teria em um processo ideal. A segunda lei da termodinâmica é fundamental na 
definição desse processo. 
Propõe-se que uma turbina a vapor seja uma máquina adiabática. A única 
troca de calor é a inevitável, que ocorre entre a turbina e o ambiente. Para uma 
turbina a vapor, que trabalha em regime permanente, o estado do vapor d’água 
que entra na turbina e a pressão de saída apresentam valores fixos. O processo 
ideal é um processo adiabático reversível, ou seja, um processo isotrópico entre 
o estado na entrada e a pressão de saída. Contudo, o processo real na turbina é 
irreversível e a entropia do vapor na seção de descarga da turbina, estado S, é 
maior que aquela referente ao estado Ss. 
Figura - Diagrama dos processos que ocorrem em uma turbina adiabática e reversível e em uma 
turbina real. 
 
Fonte: Fundamentos da termodinâmica, 2006, p. 211 
As turbinas retratam eficiências isotrópicas entre 0,70 e 0,88 e as grandes 
turbinas normalmente apresentam maiores eficiências comparado com pequenas 
turbinas. 
A eficiência das turbinas é estabelecida em função do processo isotrópico 
(ideal) entre o estado na seção de alimentação da turbina e o estado estabelecido 
pela pressão na seção de descarga e pela entropia da seção de entrada. 
Há dois processos ideais nos quais o processo real pode ser verificado nos 
compressores de ar ou de outros gases. O processo ideal é um processo 
adiabático reversível, ou isotrópico, entre o estado de entrada e a pressão de 
saída se não for feito nenhum trabalho para refrigerar o gás durante a 
compressão. 
Caso haja esforço para resfriar o gás durante a compressão, o processo 
ideal é considerado como um processo isotérmico reversível. 
As eficiências isotrópicas apresentadas pelos compressores adiabáticos 
estão entre 0,70 e 0,88 e os grandes compressores apresentam eficiências 
isotrópicas maiores que dos compressores pequenos. 
 
3. CONCLUSÃO 
Consideramos nosso objetivo atingido, no sentido de ter conseguido explorar os 
conceitos englobados na segunda lei da termodinâmica e associar estes conceitos no 
nosso aprendizado para um futuro uso prático. Assim, o trabalho realizado ajudou a 
aprofundar os conhecimentos e ao mesmo tempo perceber a termodinâmica como uma 
disciplina integradora na qual são utilizados diversos conceitos matemáticos, físicos e 
químicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. ANEXOS E APÊNDICES 
ANEXO A - Cópia da primeira página do livro de Carnot de 1824 
 
ANEXO B - Diagrama de curvas do ciclo de carnot 
 
 
 
 
ANEXO C - Comportamento da relação temperatura x entropia no Ciclo Rankine 
 
 
ANEXO D - Esquema de funcionamento do Ciclo Rankine 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Referências bibliográficas 
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https://www.trabalhosgratuitos.com/Exatas/Engenharia/Termodin%C3%A2mica-e-suas-aplica%C3%A7%C3%B5es-no-dia-a-dia-985788.html
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http://www.usp.br/sisea/wp-content/uploads/2017/06/APOSTILA-TERMO-PARTE-2.pdf
content/uploads/2017/06/APOSTILA-TERMO-PARTE-2.pdf>. Acesso em 28/11/2020, 
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Disponível em: https://www.passeidireto.com/arquivo/1536855/segunda-lei-da-
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SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA, Resumo Escolar, 2014-2019. Disponível 
em: https://www.resumoescolar.com.br/fisica/segunda-lei-da-termodinamica. 
Acessado em: 28 nov. 2020. 
VAN WYLEN, G.; SONNTAG, R.; BORGNAKKE, C. Fundamentos da 
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