segunda lei da termodinamica it 515 2015 ii

7/23/2019 Segunda Lei Da Termodinamica IT 515 2015 II

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IT 515 - Máquinas TérmicasProf. Juliana Lobo Paes



Primeira Lei da Termodinâmica ou Lei da Conservaçãoda Energia

E a direção dosfluxos de calor e

trabalho????



Segunda Lei da Termodinâmica

Um ciclo somente ocorrerá se atender tanto a Primeira

quanto a Segunda Lei da Termodinâmica



Trabalho é realizado sobre o sistema (W negativo);

Como conseqüência calor é liberado pelo sistema (Q negativo);

Pela Primeira Lei da Termodinâmica ao calor liberado correspondeu aquantidade de trabalho realizado.

Segunda Lei da Termodinâmica



Uma determinada quantidade de calor é transferida da fonte a altatemperatura para o de baixa temperatura;

Completa-se o ciclo transferindo a mesma quantidade de calor da fontefria para a fonte quente?

Representação da impossibilidade de se completar umciclo da transferência de calor de um corpo a baixa

temperatura para outro a alta temperatura



Máquina térmicaEquipamento que operando segundo um ciclo termodinâmico, realiza um W + a

custa da transferência de calor de um corpo a temperatura elevada para um corpo a

temperatura baixa (transferência Q + )

Exemplo 1

Máquina Térmica



Exemplo 2

Fluido de trabalho – água – Vapor d’água QH – Calor transferido de um corpo a alta temperatura

QL – Calor transferido para um corpo a baixa temperatura

Máquinas Térmicas

H

L

H

L H

Q

Q

Q

QQ

1

Q

) pretendidaW(energia=η

H

térmico



Equipamento que operando segundo um ciclo,

necessita de trabalho para que possa retirar calor deuma fonte a baixa temperatura e entregar para umafonte a alta temperatura.

No refrigerador o fluido refrigerante retira calor dosalimentos contido no espaço refrigerado, e transfereeste calor para o condensador.

Numa bomba de calor, o calor retirado de uma fontea menor temperatura (ar externo, por exemplo), etransferido para o ambiente que se deseja aquecer.

Opera ao contrário de um ar condicionado. Em vezde refrigerar o ambiente, o ambiente é aquecido.

Refrigeradores e Bomba de Calor



QH – Calor transferido para um corpo a alta temperatura

QL – Calor transferido de um corpo a baixa temperatura

Coeficiente de desempenho ou coeficiente de eficácia

Refrigeradores

1

1

gasta)ourecebidaW(energia

) pretendida(energiaQ= L

L

H L H

L

Q

QQQ

Q



No caso de um bomba de calor o que se deseja é aquecer o ambiente, ouseja, que o equipamento seja capaz de entregar a maior quantidadepossível de calor para o espaço a ser aquecido. Neste caso o coeficiente dedesempenho é dado por:

Bomba de Calor

1

1

1

gasta)ourecebidaW(energia

) pretendida(energiaQ= H

H

L L H

H

Q

QQQ

Q



Reservatório térmico

Corpo que nunca apresenta variação de temperatura mesmo

estando sujeito a transferência de calor

Permanece sempre à temperatura constante

Exemplo: oceano e a atmosfera

Do qual se transfere calor - fonte.

Para o qual se transfere calor - sorvedouro.



Enunciado de Kelvin – Planck

É impossível construir um dispositivo que operando num ciclo

termodinâmico, seja capaz de realizar trabalho e trocar calor, tendo apenasum único reservatório térmico

Máquinas térmicas

Enunciados da Segunda Lei daTermodinâmica



Em outras palavras:

É impossível construir uma máquina térmica que opere segundo um cicloque receba uma determinada quantidade de calor de um corpo a altatemperatura, produza igual quantidade de trabalho.

Para o calor fluir é necessário a presença de uma fonte a baixatemperatura. Assim, um ciclo só pode produzir trabalho, se a máquinaentregar parte do calor recebido para um meio a baixa temperatura.

Logo, é impossível construir uma máquina térmica capaz deaproveitar toda energia que recebe, ou seja, apresentar eficiência térmicaigual a 100%.



Enunciado de Clausius É impossível construir um dispositivo que operando segundo um ciclo,

seja capaz de transferir calor de uma fonte fria para uma fonte quente.

Refrigeradores ou bomba de calor

Isto significa dizer que é impossível construir um refrigerador ou umabomba de calor, sem que estes equipamentos recebam trabalho.

Enunciados da Segunda Lei daTermodinâmica



É aquele que tendo ocorrido, pode ser invertido e depois de realizada estainversão, não se notará algum vestígio no sistema e no meio.

Processo Reversível



Processo Irreversível



Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796 – 1832), idealizou um ciclo

reversível no qual um motor térmico operando entre dois reservatóriostérmicos apresentaria o maior rendimento térmico possível

Ciclo de Carnot

Máquina Térmica

Refrigerador



Num ciclo de Carnot observa-se:1. Um processo isotérmico reversível, no qual calor é transferido para ou

do reservatório a alta temperatura;2. Um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de

trabalho diminui;3. Um processo isotérmico reversível, no qual calor é transferido para ou

do reservatório a baixa temperatura;4. Um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de

trabalho aumenta .

Ciclo de Carnot



Ciclo de Carnot num diagrama p-V



Teoremas relativos ao rendimento térmico do Ciclo de Carnot

Primeiro Teorema

É IMPOSSÍVEL construir uma máquina que opere entre dois reservatórios

térmicos, que seja mais eficiente que uma máquina reversível operando

entre os mesmos reservatórios.

Segundo Teorema

Todas as máquinas que operam segundo o ciclo de Carnot e entre dois

reservatórios térmicos apresentam o mesmo rendimento térmico.

Ciclo de Carnot



ESCALA TERMODINÂMICA DE TEMPERATURA

A eficiência de um ciclo de Carnot é independente da substância de trabalho e dependesomente das temperaturas dos reservatórios térmicos.

Esta relação não se preocupa com as trocas de calor envolvidas no processo, mas sim

com a temperatura das fontes de calor.

H

L

T T 1=ηtérmico



Máquinas Térmicas Reais e Ideais

Coeficiente de eficácia de umrefrigerador real:

L H

L

QQ

Q

=

L H

L

T T

T

=

Se a máquina operasse segundo o ciclo deCarnot (ideal), seu coeficiente de eficáciaseria:



Vimos que o coeficiente de eficáciade uma bomba de calor é dadopor:

L H

H

QQ

Q

=

L H

H

T T

T

=

Se a máquina operasse segundo o ciclo de Carnot, seucoeficiente de eficácia seria:

d d e c or a c i on. c om

Máquinas Térmicas Reais e Ideais



Observação

Qualquer ciclo térmico real (motor, refrigerador, bomba de calor) é sempre

menos eficiente que o equivalente ciclo reversível.

H

L

H

L

T

T

Q

Q 11=η realtérmico

L H

L

L H

Lreal

T T

T

QQ

Q

=

L H

H

L H

H real

T T T

QQQ

=

Motor térmico

Refrigerador

Bomba de calor



EXERCÍCIOS

2 22 504 25 52

10 35

15 43

LIVRO: FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA 6ª ED

SONNTAG; BORGNAKKE; VAN WYLEN

CAPÍTULO



FIM!

DÚVIDAS?

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