CICLOS TERMODINÂMICOS

Apresentação em tema: "CICLOS TERMODINÂMICOS"— Transcrição da apresentação:

1 CICLOS TERMODINÂMICOS
CICLO DE CARNOT CICLO DE STIRLING CICLO OTTO CICLO DIESEL

2 REVISANDO! Máquina térmica
Em geral, qualquer máquina térmica faz com que alguma substância de trabalho realize processo(s) cíclico(s) durante os quais (1) calor é transferido de uma fonte a uma temperatura elevada (2) trabalho é feito pela máquina (3) calor é lançado pela máquina para uma fonte a uma temperatura mais baixa A máquina absorve calor Qq do reservatório quente, rejeita calor Qf para o reservatório frio e realiza trabalho Wmáq

3 Pelo Primeiro Lei da termodinâmica Rendimento da máquina térmica
“É impossível construir uma máquina térmica que, operando num ciclo, não produza nenhum efeito além da absorção de calor de um reservatório e da realização de uma quantidade igual de trabalho” É impossível construir uma máquina que trabalhe com rendimento de 100% Rendimento da máquina térmica

4 Coeficiente de desempenho da bomba de calor
Bombas de Calor e Refrigeradores E se quisermos transferir calor do reservatório frio para o reservatório quente? Como esta não é a direção natural do fluxo, temos que realizar trabalho para fazer com que isso ocorra utilizando dispositivos como as bombas de calor e refrigeradores Bomba de calor A bomba absorve o calor QC de um reservatório frio e rejeita o calor QH para um reservatório quente. O trabalho realizado na bomba de calor é W Coeficiente de desempenho da bomba de calor

5 Coeficiente de desempenho do refrigerador
CDD (refrigerador)= K = segunda Lei da Termodinâmica: “O calor não flúi espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente” Bomba de calor impossível É impossível existir uma bomba de calor ou frigorífico (refrigerador) que absorve calor de um reservatório frio e transfere uma quantidade de calor equivalente para um reservatório quente sem a realização de trabalho viola essa formulação do Segundo Princípio da Termodinâmica

6 Processos Reversíveis e Irreversíveis
Um processo reversível é aquele no qual o sistema pode retornar as suas condições iniciais pelo mesmo caminho e no qual cada ponto ao longo da trajetória é um estado de equilíbrio Um processo que não satisfaça essas exigências é irreversível A maioria dos processos naturais é irreversível

7 Compressão isotérmica e reversível
Se um processo real ocorrer muito lentamente, de tal forma que o sistema esteja sempre muito próximo do equilíbrio, esse processo pode ser considerado como reversível Exemplo Comprimir um gás muito lentamente ao deixar cair sobre o pistão sem atrito alguns grãos de areia Compressão isotérmica e reversível Areia Cada grão de areia adicionado representa uma pequena mudança para um novo estado de equilíbrio O processo pode ser revertido pela lenta remoção dos grãos de areia do pistão Reservatório de calor

8 Algumas Condições para um Processo ser Reversível
Não ha trabalho de força de atrito, de forças viscosas, ou de outras forças dissipativas que produzem calor; A transferência de calor só ocorre isotermicamente; O processo deve ser quase-estático, de modo que o sistema está sempre num estado de equilíbrio ( ou infinitamente próximo de um estado de equilíbrio). Qualquer processo que viola pelo menos uma das condições mencionadas acima é irreversível.

9 Máquina de Carnot Ciclo de Carnot
Em 1824, um engenheiro francês chamado Sadi Carnot descreveu uma máquina teórica - Máquina de Carnot . Carnot mostrou que a máquina reversível é a mais eficiênte que pode operar entre dois reservatórios dados. B A Ciclo de Carnot (1) No processo A  B, uma expansão isotérmica, em que o sistema recebe uma quantidade de calor QH da fonte quente. (2) No processo B C, Uma expansão adiabática (Q = O). C D (3) No processo C  D, Uma compressão isotérmica, em que o sitema cede uma quantidade de calor QC á fonte fria. (4) No processo D  A, uma compressão adiabática até atingir o estado inicial.

10 Diagrama PV para o ciclo de Carnot
Processo A→B, ΔE=0. Expansão Isotérmica Processo C→D ΔE=0. Compressão Isotérmica Dividindo essa duas equações obtemos

11 Para os dois processos adiabáticos BC e DA
Dividindo as duas equações Substituindo 4 em 3 temos:

12 “Nenhuma máquina térmica, operando entre dois reservatórios térmicos,
pode ser mais eficiente do que uma máquina reversível que opere entre Os mesmos dois reservatórios.” Rendimento térmico da Máquina de Carnot

13 CICLO DE STIRLING O Ciclo Stirling – Reverendo Escocês Robert Stirling, que em 1818 construiu seu primeiro protótipo. Em 1922, foram consideradas obsoletas devido ao advento do Ciclo Otto e do Ciclo Diesel e pela dificuldade em encontrar materiais que diminuíssem as perdas térmicas. Ciclo é altamente recomendado pelo fato de se aproximar muito do Ciclo de Carnot (Ciclo ideal e de eficiência máxima)

14 Fase 1 a→b- Fluido de trabalho com alta pressão absorve calor da fonte quente e expande-se isotermicamente (máquina realiza trabalho); Fase 2- b→c Fluido desloca-se com volume constante até a fonte fria da máquina, cedendo calor ao regenerador (peça de porcelana porosa que “armazena” parte do calor do fluido) até que sua temperatura se iguale a da fonte fria; Fase 3 c→d Fluido é comprimido isotermicamente e como a pressão do gás está baixa, o trabalho necessário para comprimi-lo até o volume inicial é menor do que o trabalho da fase 1-2 (máquina recebe calor); Fase 4 d→a Fluido é deslocado isovolumetricamente até a parte quente da máquina. Nesta fase o gás absorve o calor que foi cedido ao regenerador e assim sua temperatura se iguala novamente a da fonte quente. À medida que a temperatura do fluido cresce, sua pressão também aumenta e assim o fluido retorna ao estado inicial.

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18 FIM

19 Os processos reais seguem um sentido preferencial
É o Segundo Princípio da Termodinâmica que determina as direcções em que ocorrem os fenómenos naturais Formulação alternativa do segundo princípio da termodinâmica Enunciado de Clausius da segunda Lei da Termodinâmica: “O calor não flúi espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente” Bomba de calor impossível É impossível existir uma bomba de calor ou frigorífico (refrigerador) que absorve calor de um reservatório frio e transfere uma quantidade de calor equivalente para um reservatório quente sem a realização de trabalho viola essa formulação do Segundo Princípio da Termodinâmica

20 4.5 Entropia A variável de estado relacionada com o Segundo Princípio da Termodinâmica, é a entropia S Os sistemas isolados tendem à desordem e a entropia é uma medida dessa desordem A ideia de entropia surgiu no seguimento de uma função criada pelo físico alemão Rudolf Clausius ( ). Expressou a entropia em escala macroscópica pela primeira vez em 1865 A partir da equação que descreve a máquina de Carnot Obteve a relação a razão Q/T tem um significado especial Se dQr for o calor transferido quando o sistema segue uma trajectória reversível entre dois estados, a variação da entropia, independentemente da trajectória real seguida, é igual a integro dS

21 Entropia e o Segundo Princípio da Termodinâmica
Em 1887 Boltzmann definiu a entropia dum ponto de vista microscópico Baixa entropia Alta entropia é o número de microestados possíveis para o sistema Exemplo de Microestados - posições que uma molécula pode ocupar no volume Entropia e o Segundo Princípio da Termodinâmica Outra maneira de enunciar o segundo princípio da termodinâmica “A entropia do Universo aumenta em todos os processos naturais”