2ª LEI DA TERMODINÂMICA Expressa, de uma forma concisa, que "A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a increm...

2ª LEI DA TERMODINÂMICA Expressa, de uma forma concisa, que "A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo". Mais sensivelmente, quando uma parte de um sistema fechado interage com outra parte, a energia tende a dividir-se por igual, até que o sistema alcance um equilíbrio térmico. Objetivos Introduzir a Segunda Lei da Termodinâmica; visto que os princípios de conservação de massa e energia nem sempre são suficientes para a análise de sistemas. Descrever os enunciados da Segunda Lei de Clausius e Kelvin–Planck. Descrever o ciclo de Carnot. Discutir reservatórios térmicos, processos reversíveis e irreversíveis, motores térmicos, refrigeradores e bombas de calor. Introduzir o conceito de Entropia e conserva, mas o processo inverso não ocorre espontaneamente Introduzindo a Segunda Lei Expansão espontânea Massa em queda 5 Observações A lei da conservação é respeitada, porém não é possível realizar espontaneamente os processos inversos, sem um dispositivo auxiliar; É possível determinar as direções preferenciais de um processo, assim como o estado final de equilíbrio de uma interação de energia. Quando existe um desequilíbrio entre dois sistemas, existe uma oportunidade de realizar trabalho enquanto eles caminham para o equilíbrio; Esse trabalho seria perdido caso fosse permitido que os sistemas chegassem ao equilíbrio de forma descontrolada; Aspectos da Segunda Lei - Prever a direção dos processos, - Estabelecer as condições de equilíbrio, - Determinar o melhor desempenho teórico de sistemas - Avaliar fatores de perda de oportunidades de realizar trabalho, A Segunda Lei também é capaz de: - Definir uma escala de temperatura universal, - Avaliar propriedades em ensaios experimentais, Enunciados da Segunda Lei Enunciado de Clausius Frio Quente SIM ! NÃO ! Q Enunciados da Segunda Lei Analisando o enunciado de Clausius Frio Quente Q W Enunciados da Segunda Lei Conceito de Reservatório Térmico Enunciados da Segunda Lei Enunciado de Kelvin-Plank Reservatório térmico Qciclo Wciclo Sistema percorrendo um ciclo termodinâmico NÃO ! O motor térmico Ou máquina térmica ou ciclo de potência é um dispositivo que opera em um ciclo termodinâmico e produz trabalho líquido positivo W, enquanto recebe calor de um reservatório a alta temperatura (QH) e fornece calor para um reservatório a baixa temperatura (QL). Ciclo de Refrigeração / Bomba de Calor São dispositivos que operam em um ciclo termodinâmico e que necessitam de trabalho para retirar calor de um reservatório a baixa temperatura (QL) e fornecer calor para um reservatório a alta temperatura (QH). A diferença fundamental entre um refrigerador e uma bomba de calor é o seu objetivo. Em um refrigerador, deseja-se retirar calor de um reservatório a baixa temperatura. Em uma bomba de calor, deseja-se fornecer calor para um reservatório a alta temperatura. Coeficiente de performance Identificando Irreversibilidades Processos Reversíveis EXEMPLO 01 - Primeira Lei da Termodinâmica para um ciclo A figura mostra o esquema de uma bomba de calor que opera com R-12. A vazão do refrigerante é 0,05 kg/s e o compressor é adiabático. As condições operacionais do ciclo são: Nestas condições, determine: a) A potência de acionamento do compressor; b) O calor transferido do R-12 no condensador (QH) c) O calor transferido para o R-12 no evaporador (QL) d) O coeficiente de desempenho da bomba de calor. Ciclo de Carnot É um sistema que executa um ciclo em uma série de quatro processos internamente reversíveis: dois processos adiabáticos alternados com dois processos isotérmicos. Ciclo de Potência 1-2: Compressão adiabática até 2, onde temperatura é Th; 2-3: Expansão isotérmica, recebendo energia do reservatório quente à Th; 3-4: Expansão adiabática até a temperatura cair para Tc; 4-1: Compressão isotérmica, cedendo energia ao reservatório frio à Tc. Diagrama p-v Trabalho realizado pelo gás para se expandir Trabalho realizado para comprimir o gás Trabalho líquido realizado pelo ciclo Ciclo de Potência de Carnot à Vapor Corolários de Carnot para Ciclos de Potência Corolários de Carnot para Ciclos de Refrigeração / Bomba de Calor O coeficiente de desempenho de um ciclo de refrigeração irreversível é sempre menor do que o coeficiente de desempenho de um ciclo de refrigeração reversível quando cada um opera entre os mesmos reservatórios térmicos; Todos os ciclos de refrigeração reversíveis operando entre os mesmos dois reservatórios térmicos possuem o mesmo coeficiente de desempenho; O mesmo vale substituindo o termo Refrigeração por Bomba de calor. Coeficiente de performance reversível EXEMPLO 02 - Ciclos reversíveis, irreversíveis ou impossíveis A figura mostra o esquema de uma máquina cíclica