Luísa Rosenstock Völtz.luisa.voltz@gmail.com

Joinville, 2017.1

Centro de Ciências Tecnológicas.Licenciatura em Química.

Máquinas Térmicas

Introdução.

Essa aula tem como objetivo ensinar os alunosdo curso de licenciatura em química sobre ostemas de máquinas térmicas e ciclo de Carnot,como parte do estágio em docência, disciplinaobrigatória no Mestrado Acadêmico deEngenharia Mecânica da UDESC.

Máquinas Térmicas.

Conceitos:

“Uma máquina térmica converte parte da energiamolecular aleatória do fluxo de calor em energiamecânica macroscópica.” [Fonte: LEVINE, Ira N. Físico-química.Vol 1].

“A máquina térmica é um dispositivo que transforma aenergia interna de um combustível em energiamecânica. Também pode ser definida como odispositivo capaz de converter calor em trabalho”. [Fonte:http://www.if.ufrgs.br]

Máquinas Térmicas.

Fonte: Wikipedia

I d.C

1679

1760

1765

Heron de Alexandria: Eolípila

Denis Papin (Marmita de Papin)

Revolução Industrial

James Watt

Cronologia:

1804 Richard Trevithick

Fonte: Wikipedia

1698 Thomas Savery

1712 Thomas Newcomen

Máquinas Térmicas.

Funcionamento de uma Máquina Térmica:

Fonte:

Máquinas Térmicas.Cálculo da Eficiência (ɛ):

Eq. (3.9)[Fonte: ATKINS. Físico-Química. Vol1]

Da Primeira Lei da Termodinâmica: ΔU = 0 = 𝑄𝑡 +𝑊

ɛ=𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒍𝒉𝒐 𝒆𝒇𝒆𝒕𝒖𝒂𝒅𝒐

𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒗𝒊𝒅𝒐

−𝑊 = (𝑄𝑞 + 𝑄𝑓)

ɛ=|𝑊|

𝑄𝑞=

𝑄𝑞+ 𝑄𝑓

𝑄𝑞

ɛ= 1+ 𝑸𝒇

𝑸𝒒

(Para 𝑸𝒇 < 0)

Máquinas Térmicas.Exemplos:

Fonte: http://aula-historia-revolucionindustrial.wikispaces.com/La+m%C3%A1quina+de+vapor

Máquinas Térmicas.Exemplos: Usina termoelétrica.

Fonte: http://www.pascal.com.br

Ciclo de Carnot.

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1824).

Fonte: Wikipedia

Um Ciclo de Carnot é definido como umciclo reversível que consiste em duasetapas isotérmicas em diferentestemperaturas e duas etapas adiabáticas[Fonte: LEVINE, IRA. Físico-Química. Vol1]

Máquina de Carnot é uma máquina térmica idealque apresenta rendimento máximo. Uma máquinade Carnot é o procedimento mais eficazpara produzir trabalho a partir de doisreservatórios térmicos.

Ciclo de Carnot.

Fonte: Adaptado de ATKINS, Físico-Química. Vol1.

Funcionamento do Ciclo de Carnot:

Ciclo de Carnot.Cálculo da Eficiência de uma Máquina de Carnot:

A variação total de entropia no ciclo é: 𝑑𝑆 =𝑞ℎ

𝑇ℎ+

𝑞𝑐

𝑇𝑐

Para um gás perfeito temos: 𝑞ℎ = 𝑛𝑅𝑇ℎ𝑙𝑛𝑉𝐵

𝑉𝐴𝑒 𝑞𝑐= 𝑛𝑅𝑇𝑐𝑙𝑛

𝑉𝐷

𝑉𝐶

Pela relação entre a temperatura e o volume em processos adiabáticos reversíveis: 𝑉𝐴𝑇ℎ = 𝑉𝐷𝑇𝑐 e 𝑉𝐶𝑇𝑐 = 𝑉𝐵𝑇ℎ

𝑉𝐴𝑉𝐵

=𝑉𝐷𝑉𝐶 Substituindo em (𝑞𝑐):

𝑞ℎ𝑞𝑐

=𝑛𝑅𝑇ℎln( 𝑉𝐵 𝑉𝐴)

−𝑛𝑅𝑇𝑐ln( 𝑉𝐵 𝑉𝐴)= −

𝑇ℎ𝑇𝑐

ɛ𝒓𝒆𝒗= 1-𝑻𝒄

𝑻𝒉

Eq. (3.10)[Fonte: ATKINS. Físico-Química. Vol1]

Exemplos Propostos.

1) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre

as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da

fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho

realizado pela máquina, em joules, são?

2) Uma planta que gera potência, com capacidade nominal de

800.000 kW, produz vapor d'água a 585 K e descarrega calor

para um rio a 295 K. Se a eficiência térmica da planta é 70% do

valor máximo possível, que quantidade de calor é descarregada

para o rio na operação com a capacidade nominal?

Máquinas Térmicas e Ciclo de Carnot.

1) Existe alguma máquina térmicaque seja mais eficiente que amáquina de Carnot?

2) A máquina de Carnot podeapresentar 100% de eficiência?

3) É possível ter uma máquinatérmica que transfira calor deuma fonte fria para uma fontequente?

Refrigerador como Máquina Térmica.

Fonte: https://www.realsimple.com

Referências: LEVINE. Ira N. Físico-química. Vol 1. 6ª Ed. 2012. LTC.

ATKINS, Peter. PAULA, Julio de, Físico-Química. Vol 1. 8ª Ed.LTC.

SMITH. J.M. Introdução á termodinâmica da engenhariaquímica. 7ª Ed. LTC.

https://www.realsimple.com

http://www.if.ufrgs.br

OBRIGADA!!!

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