Máquina térmica

Ciclo de Carnot inverso.Refrigerador, bomba de calor e seus coeficientes de funcionamento.

CICLO DE CARNOT INVERSO

Considerando um ciclo de Carnot inverso pode-se encarar duas situações distintas:

Privilegiar a captação de calor de uma fonte fria – Refrigerador.

Privilegiar a libertação de calor para uma fonte quente - Bomba de calor.

Refrigerador por compressão de vapor (refrigerador doméstico)

Um refrigerador é um sistema que realiza um ciclo termodinâmico, tomando calor de uma região de baixa temperatura, cedendo calor a outra de maior temperatura, ao mesmo tempo que recebe trabalho (energia mecânica ).

Coeficiente de funcionamento (COPR, COPReversível) é o quociente entre o calor absorvido na região de baixa temperatura e o trabalho comunicado ao sistema. Isto é:

wq

COP LR

1 - TT

1 COP

L

hRreversível

O coeficiente de funcionamento deve ser o maior possível.

Bomba de calor

w

qCOP h

BC

TT - 1

1 COP

h

LBCreversível

O coeficiente de funcionamento deve ser o maior possível.

Frigorífico

Sistema de refrigeração/Refrigerador

Relação da entropia com a pressão o volume e a temperatura.Variação de entropia em sistemas com reacção química.

EXPRESSÕES PARA O CÁLCULO DE VARIAÇÃO DE ENTROPIA

T,VfS

Sem mudança de fase

dVVS

dTTS

dSTV

TC

TS V

V

e

dVTP

dTTC

dSV

V

Como se verá mais à frente

TC

TS P

P

dPTV

dTTC

dSP

P

e

então

dVVR

dTTC

dS V dPPR

dTTC

dS P

Para gases ideais tem-se:

Com mudança de fase

T

HS fase de mudança

Variação de entropia em reacções químicas

reagentesSprodutosSS 0

298

0

298

0

298

TdT

CSST

298

p

0

298

0

T

reagentesCprodutosCC pPP

Diagramas termodinâmicos de substâncias puras: p= f(h); T= f(s); h= f(s) e suas aplicações.Turbina, compressor e bomba, e seus rendimentos isentrópicos.

vm

s

Superfície Termodinâmica PvT, diagrama Pv e diagrama PT de uma substância pura.

Diagramas Termodinâmicos

Diagrama termodinâmico Pv de uma substância pura.

Diagrama de fases – Diagrama termodinâmico PT para uma substância pura.

h

s

h

s

h

s

Diagrama termodinâmico Ph de uma substância pura.

Diagrama termodinâmico Ts de uma substância pura.

h

Diagrama de Mollier

Compressão e expansão // turbinas, compressores e bombas

Rendimento isentrópico (%) do compressor 100xreal trabalho

ideal trabalho

Rendimento isentrópico (%) da turbina 100xideal trabalho

real trabalho

)gzgz(m)21v

2v

(m)HH(wq 12

22

212

Balanço de energia em estado estacionário:

Balanço de entropia em estado estacionário:

viz.sistp S)S(S 0Sviz

0S p Processo reversível

Processo adiabática

ideal

Compressão adiabática em estado estacionário e… Trabalho real

Compressão adiabática reversível em estado estacionário e…. Trabalho ideal

)HH(w 1ideal2ideal )HH(w 12real

0)S( .sist 0)S( .sist

ideal21 SS 21 SS

Todas as propriedades termodinâmicas em 1 são iguais para as duas compressões.Em 2 e 2 ideal, só a pressão é que é igual, todas as outras propriedades termodinâmicas são diferentes.

Compressão

w= v dP trabalho de eixo em sistema aberto, estado estacionário, processo adiabático reversível e com variações de energia cinética e potencial desprezáveis. Grande aplicação nas bombas.

2ideal2 TT

Diagrama de Mollier

Expansão

2ideal2 TT

Diagrama de Mollier