Máquinas Térmicas - Ciclos Termodinâmicos

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE UNIÃO DA VITÓRIA – UNIUV CURSO DE ENGENHARIA CIVILALESSANDRA COLLI MÁQUINAS TÉRMICAS – CICLOS TERMODINÂMICOS UNIÃO DA VITÓRIA – PR 2009 ALESSANDRA COLLI MÁQUINAS TÉRMICAS – CICLOS TERMODINÂMICOS Trabalho apresentado como requisito parcial para avaliação da disciplina Termodinâmica do curso de Engenharia Civil pelo Centro Universitário de União da vitória – UNIUV. Prof. M. Sc. Alexandre Manoel dos Santos UNIÃO DA VITÓRIA – PR 2009 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 2 MÁQUINAS TÉRMICAS – CICLOS TERMODINÂMICOS ...................................... 5 2.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS ............................................................................ 5 2.1.1 Primeira Lei da Termodinâmica.......................................................................... 5 2.1.2 Processos Irreversíveis ...................................................................................... 6 2.1.3 Variação de Entropia .......................................................................................... 7 2.1.4 Processos Internamente Reversíveis ................................................................. 8 2.1.5 Condições de Reversibilidade ............................................................................ 8 2.1.6 Segunda Lei da Termodinâmica......................................................................... 9 2.2 MÁQUINAS TÉRMICAS E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA ................. 12 2.2.1 Interação de Ciclos de Potência com Dois Reservatórios ................................ 14 2.2.2 A Máquina de Carnot........................................................................................ 19 2.2.3 Ciclo de Carnot ................................................................................................. 20 2.2.4 Corolários de Carnot para os Ciclos de Potência ............................................. 24 2.2.5 Demonstrando os Corolários de Carnot ........................................................... 25 2.2.6 Desempenho Máximo para Ciclos de Potência ................................................ 27 2.3 REFRIGERADORES – BOMBAS DE CALOR .................................................... 29 2.3.1 Refrigeradores.................................................................................................. 29 2.3.2 Refrigeradores de Carnot ................................................................................. 32 2.3.3 Bombas de Calor.............................................................................................. 35 2.3.4 Bombas de Calor de Carnot ............................................................................. 36 2.3.5 Interação de Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor com Dois Reservatórios ............................................................................................................ 37 2.3.6 Corolários para Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor .............................. 38 2.3.7 Desempenho Máximo para Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor ........... 39 3 DADOS CONCLUSIVOS ....................................................................................... 40 4 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 42 RESUMO O presente trabalho foi construído por meio da disciplina de Termodinâmica, como forma de avaliação parcial do 5º Semestre do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário de União da Vitória – UNIUV, e tem como objetivo descrever sucintamente os processos que envolvem os motores térmicos a partir das duas leis fundamentais da Termodinâmica. Com o tema “Máquinas Térmicas – Ciclos Termodinâmicos”, esta pesquisa teve como objetivo geral definir o funcionamento de um motor térmico, enquanto que os objetivos específicos visam delatar sobre os demais processos descritos a partir da 1ª e 2ª Leis da Termodinâmica, como refrigeradores e bombas de calor, e ciclos de Carnot. Justifica-se a escolha do tema pela necessidade de agregar conhecimentos a partir de uma análise particular de cada acadêmico, possibilitando ao mesmo a oportunidade de desenvolver e assimilar conceitos a partir de sua própria capacidade de raciocínio. A pesquisa em busca das respostas necessárias classificou-se como descritiva, visto que foi do tipo bibliográfica. Através da presente pesquisa, buscou-se descobrir a relação entre as Leis da Termodinâmica e o “mundo real”, principalmente através de conceitos da Segunda Lei da Termodinâmica. Palavras-chave: Máquinas Térmicas; Motores de Carnot; Refrigeradores; Bombas de Calor; Ciclos Termodinâmicos. que teve como principal objetivo a relação teoria/prática dos conhecimentos obtidos na disciplina de Termodinâmica do 5º Semestre do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário de União da Vitória. pois englobou uma investigação documental ou bibliográfica. . embasado em exemplos e cálculos que comprovem as definições apresentadas. Para discorrer sobre o tema pesquisado.4 1 INTRODUÇÃO O tema do presente trabalho diz respeito às Leis da Termodinâmica. Logo. visto que a Termodinâmica desenvolve. lançou-se mão de uma pesquisa bibliográfica. investigar e descobrir como funciona um motor térmico e quais as leis que o regem. com registro em fichamentos e anotações bibliográficas. portanto. A terceira parte do trabalho apresenta os comentários sobre os resultados obtidos com esta pesquisa. percebe-se que esta pesquisa classificouse como descritiva. O segundo capítulo do presente trabalho apresentará o referencial bibliográfico. O tema pesquisado apresenta sua relevância no fato de agregar conhecimento e estimular o raciocínio dos acadêmicos. citando exemplos e cálculos a fim de validar as informações descritas. apresentada a seguir. e discorre sobre “Máquinas Térmicas – Ciclos Termodinâmicos”. nos mesmos. como objetivo geral. O problema investigado tem como base a seguinte pergunta: O que é um motor térmico e qual seu princípio de funcionamento? A pesquisa teve. sobretudo a capacidade de análise crítica das situações cotidianas de um Engenheiro. A Primeira Lei da Termodinâmica pode ser representada por: Onde representa a energia interna do sistema termodinâmico. dessa forma. mas sempre se conserva. então era possível.5 2 MÁQUINAS TÉRMICAS – CICLOS TERMODINÂMICOS 2. A Termodinâmica é regida por duas leis fundamentais: a Primeira Lei da Termodinâmica diz que a energia se transforma. tanto como trabalho ( ) quanto como calor ( ). obter calor a partir do trabalho mecânico. 2. dessa forma. ser descrita por: . contudo sempre houve indícios de que deveria existir alguma relação entre as duas. cujo objetivo é estudar a transformação do calor em energia mecânica.1 Primeira Lei da Termodinâmica A Primeira Lei da Termodinâmica trata do Princípio da Conservação de Energia a sistemas não-isolados. visto que se era possível obter aquecimento por atrito. já a Segunda Lei da Termodinâmica trata da possibilidade ou impossibilidade de se aproveitar certo tipo de energia. Se o sistema termodinâmico sofrer apenas uma pequena variação diferencial.1. Assim surgiu a Termodinâmica.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Desde a Antiguidade a Mecânica e a Física Térmica eram estudadas separadamente. a Primeira Lei da Termodinâmica pode. pode-ser transferir energia para dentro ou para fora do sistema. ainda. 1.6 A energia interna de calor tende a aumentar se for acrescentada energia na forma ao sistema. da mesma forma que tende a diminuir se o sistema perder . para a primeira lei tem-se: . . ou seja. Assim. após certas trocas de calor e trabalho. para a primeira lei tem-se . Logo: Processos a volume constante – caso o volume de um sistema seja mantido constante. Dessa forma. Logo: para a • Expansões livres – são processos adiabáticos e nenhum trabalho é realizado sobre ou pelo sistema. sendo que nenhuma propriedade intrínseca do sistema pode sofrer modificação.2 Processos Irreversíveis Dizer que um processo é irreversível significa dizer que tal processo não pode voltar à situação anterior. Assim: 2. o sistema volta ao seu estado inicial. tal sistema não conseguirá realizar trabalho. fazer a ordem inversa apenas através de pequenas alterações no ambiente que o cerca. como: • Processos adiabáticos – não há nenhuma transferência de energia na forma de calor entre o sistema e o seu ambiente. Nestes casos. energia na forma de trabalho A Primeira Lei da Termodinâmica pode ser aplicada em vários casos especiais. Logo: • Processos cíclicos – quando. para a primeira lei tem-se • . tem-se primeira lei. 1. ela nunca diminui”. contudo. 2. diz que: “Se um processo irreversível ocorrer em um sistema fechado. não impõem o “sentido correto” de tal processo irreversível. frequentemente chamada de postulado da entropia. tem-se: Para aplicar a expressão retirada da integral: à expansão isotérmica. A entropia depende apenas do estado do sistema. Contando as maneiras que os átomos e moléculas que compõem o sistema podem estar dispostos.7 As variações de energia dentro de um sistema fechado. e não de como o sistema chegou a tal estado. Essa direção é imposta através da variação de entropia do sistema. Pode-se definir a variação de entropia de um sistema através de duas formas equivalentes: 1. Através da temperatura e da energia que o sistema ganha ou perde em forma de calor. 2. a temperatura é . a entropia S do sistema sempre aumenta. Sendo a variação de entropia de um sistema durante um processo que faz o sistema variar de um estado inicial para um estado final .3 Variação de Entropia A propriedade central da entropia. pode-se dizer que. nenhum processo espontâneo pode estar presente.8 Como . O conceito de processo internamente reversível pode ser usado para melhor definir reservatórios térmicos. tem-se: De uma maneira geral. O processo internamente reversível consiste em uma série de estados de equilíbrio – temperatura. para a reversibilidade. basta substituir tal processo por qualquer processo reversível que ligue os mesmos estados inicial e final. como “massas puntuais”. Tais termos são usados com a finalidade de simplificar a análise de situações mais complexas. visto que isso poderia gerar transferências espontâneas de energia. 2. para encontrar a variação de entropia de um processo irreversível que ocorre em um sistema fechado. Portanto. sendo que. O uso do conceito de “processos internamente reversíveis” na Termodinâmica pode ser comparado a outros conceitos apresentados pela Mecânica. . volume específico e outras propriedades não podem sofrer variações com a posição. A variação de entropia é então calculada através da equação . “polias sem atrito”.1. todo reservatório térmico consiste em um processo internamente reversível. “vigas rígidas”. pressão. onde é a energia total transferida sob a forma de calor durante o processo. visto que se supõe que não ocorre nenhuma irreversibilidade interna nos reservatórios térmicos. em suas vizinhanças. etc. porém pode apresentá-las externamente.4 Processos Internamente Reversíveis Um processo internamente reversível é aquele que não apresenta irreversibilidades internas. de forças viscosas ou de outras forças dissipativas que produzem calor. 3. A condução térmica só ocorre isotermicamente (à mesma temperatura). 2. é necessário observar algumas condições: 1. tais condições são inatingíveis. é preciso grande cuidado na eliminação de todas as forças de atrito e de outras forças dissipativas e na realização de um processo quase-estático. a entropia do sistema aumenta para processos irreversíveis e permanece constante para processos reversíveis. e diz: “Se um processo ocorrer em um sistema fechado. é possível obter aproximações muito boas de processos reversíveis.9 2. 2. Qualquer sistema que viole tais condições é irreversível. Não há trabalho de forças de atrito.5 Condições de Reversibilidade Para que um processo seja reversível. . o que torna o processo irreversível uma idealização semelhante à do movimento mecânico sem atrito.6 Segunda Lei da Termodinâmica A Segunda Lei da Termodinâmica é uma extensão do postulado da entropia. Na prática.1.1. de modo que o sistema está sempre num estado de equilíbrio ou infinitamente próximo a tal estado. Para que um processo seja reversível. Ela nunca diminui”. porém. Contudo. O processo deve ser quase-estático. ao menos até certo ponto. sendo que a expressão sistemas fechados. Processos onde a entropia do sistema permanece constante são sempre idealizações. Pela Primeira Lei da Termodinâmica sabe-se que a energia obtida de uma máquina sob a forma de trabalho mecânico deve ser igual à diferença entre as energias absorvida e cedida sob a forma de calor. turbulências e outros fatores. Não sendo possível controlar o movimento individual das moléculas. pela segunda lei: Onde o sinal de “maior” se aplica aos processos irreversíveis e o sinal de “igual”. a entropia de sistemas fechados reais. Dessa forma. aos processos reversíveis. mas sempre haverá um aumento igual ou maior em outra parte do sistema. logo. Na realidade. A impossibilidade de converter calor completamente em trabalho mecânico é uma das bases da Segunda Lei da Termodinâmica: . a entropia do sistema como um todo nunca diminui e. (Enunciado de Kelvin para a Segunda Lei da Termodinâmica) Nenhuma máquina térmica consegue converter completamente o calor absorvido em trabalho. sempre aumenta. quase todos os processos são irreversíveis. Tal princípio é baseado na diferença entre as naturezas das energias interna (movimento molecular caótico) e mecânica (movimento molecular ordenado). Contudo há um princípio totalmente independente da primeira lei que determina a fração máxima de energia absorvida sob a forma de calor que pode ser transformada em trabalho mecânico. é válida somente para “É impossível remover energia térmica de um sistema a certa temperatura e converter a energia removida em trabalho mecânico sem modificar.10 A entropia até pode diminuir em uma parte de um sistema fechado. o sistema ou suas vizinhanças”. de alguma forma. torna-se impossível reconverter o movimento caótico em ordenado após uma porção ordenada de energia cinética molecular transformar-se em movimento caótico devido a uma colisão inelástica. devido a atritos. passando por processos também reais. Analisando. por exemplo. e considerando que os refrigeradores tiram calor de um corpo mais frio e o transferem para um corpo mais quente através de energia mecânica ou trabalho. seria possível operar uma máquina térmica entre as águas superficiais – mais quentes – dos oceanos. É acontece numa expansão isotérmica de um gás ideal. (Enunciado de Clausius para a Segunda Lei da Termodinâmica) . ainda. que um navio tivesse sua máquina térmica alimentada pela energia térmica extraída do oceano. por exemplo. sendo que. até hoje não se conseguiu um dispositivo prático capaz de aproveitar tal diferença de temperatura. e as águas mais frias a grandes profundidades. depois da expansão o gás não retorna ao seu estado inicial. por ser um processo acíclico. (Enunciado de Kelvin-Planck para a Segunda Lei da Termodinâmica) A exigência da operação em ciclo é importante. torna-se necessário realizar trabalho sobre o mesmo. Contudo. capaz de receber parte da energia térmica que será descarregada. Não fosse tal afirmação. seria possível. os refrigeradores. visto que é possível converter 100% de calor em trabalho num processo que não seja cíclico. Contudo. A segunda lei afirma que para realizar trabalho a partir do calor extraído de um reservatório quente é preciso ter um reservatório mais frio. a imensa quantidade de energia existente nos oceanos é inaproveitável nas máquinas térmicas devido à inexistência de um reservatório mais frio que os mares. Teoricamente. para que isso aconteça. Contudo. é possível formar outra base para a segunda lei: como o calor flui espontaneamente dos corpos mais quentes para os mais frios (nunca no sentido inverso). então: “É impossível qualquer transformação cujo único resultado seja a transferência de calor de um corpo frio para outro mais quente”.11 “É impossível qualquer transformação cujo único resultado seja a absorção de calor de um reservatório a uma temperatura única e sua total conversão em trabalho mecânico”. onde certa quantidade de calor é cedida para o exterior. no estudo de máquinas térmicas. este fluido operante deve trabalhar em um ciclo.2 MÁQUINAS TÉRMICAS E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Uma máquina térmica é um dispositivo capaz de operar ciclicamente a fim de converter a maior quantidade possível do calor que recebe em trabalho. 2. . que pode ser vapor de água numa máquina a vapor ou a mistura de ar e vapor de gasolina num motor de combustão interna. adota-se sempre que necessário o valor absoluto do calor. onde irá absorver certa quantidade de calor quantidade de calor ciclo. também o segundo enunciado. seja este cedido ou absorvido pelo sistema. reiniciando o ).12 Se fosse construída uma máquina que violasse o primeiro enunciado. passando por uma série fechada de processos termodinâmicos. as máquinas térmicas contêm um fluido operante ou substância de trabalho. tal máquina poderia ser usada para movimentar um refrigerador. chamados de tempos. 2. foram as primeiras máquinas térmicas. Para que um motor realize trabalho de forma sustentada. voltando repetidamente ao seu estado inicial. Tal máquina violaria. A Fig. então. Assim. assim. Vale salientar que. mais baixa que . As máquinas a vapor. uma máquina composta. por exemplo. inventadas no século XVIII para bombear a água das minas de carvão. Portanto.1 mostra o esquema fundamental de uma máquina térmica: um reservatório quente fornece calor à máquina ( sistema é recebido por um reservatório frio ( ou ou ). capaz de bombear calor da fonte fria para a fonte quente sem que precisasse de injeção externa de trabalho. realizar o trabalho e ceder uma . gerando uma eficiência térmica de 100%. qualquer máquina que viole um dos enunciados também pode ser usada para violar o outro. e o calor “rejeitado” pelo . Surgiria. o trabalho para efetuado é igual ao calor absorvido: . 2. .13 Fig. O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho efetuado e o calor cedido pelo reservatório quente: Substituindo em : . os lagos. Então. os estados inicial e final da máquina e o fluido operante coincidem. podendo ceder ou absorver energia térmica sem sofrer alterações significativas de temperatura. Na prática. para a Primeira Lei da Termodinâmica. Assim. rios e mares atuam como grandes reservatórios de calor. com uma capacidade calorífica muito grande. o que torna a energia interna inicial e final iguais. s Como as máquinas térmicas operam em ciclos.1 – Esquema fundamental de uma máquina térmica Os reservatórios quente e frio constituem um sistema ideal. o trabalho realizado por uma máquina térmica é igual à diferença entre a quantidade de calor absorvido e a quantidade de calor cedido pelo sistema. ou Ou seja. o rendimento de uma máquina térmica convencional não deve ser comparado a 100%. Kelvin-Planck. toda a energia térmica absorvida do reservatório quente seria convertida em trabalho e não haveria energia térmica para convertida ser descarregada no reservatório frio. 2. mas sim ao rendimento máximo possível.2. Se o rendimento fosse de 100% ( ). e os melhores motores a combustão interna operam com rendimento da ordem de 50%. onde é a quantidade de energia recebida pelo sistema do reservatório quente por transferência de calor e é a quantidade de energia descarregada do sistema para . Para tanto. considere a Fig. ou eficiência de Carnot. é impossível ter uma máquina térmica com rendimento de 100%. que mostra um sistema que executa um ciclo enquanto se comunica termicamente com dois reservatórios térmicos – um quente e um frio – e desenvolve trabalho líquido .2 – Sistema percorrendo um ciclo de potência A eficiência térmica do ciclo é dada pela equação . Só então pode se dizer se o rendimento de uma máquina pode-se operando entre dois reservatórios é alto ou baixo. Fig.14 As máquinas térmicas mais eficientes operam com rendimento próximo a inas 40%.2.1 Interação de Ciclos de Potência com Dois Reservatórios Uma limitação importante no desempenho de sistemas percorrendo ciclos de potência pode ser mostrada a partir do enunciado de Kelvin Planck. 2. 2. dado pelo rendimento . Entretanto. Porém. Então. a eficiência térmica tem de ser menor que 100%. especificar a série exata dos processos que compõem o ciclo ou indicar se os processos são reais ou idealizados. o rendimento é igual a 20%.15 o reservatório frio por transferência de calor. calor. sendo que tais transferências estão nas direções indicadas pelas setas. Qual o rendimento desta máquina? Resolução: 1) O rendimento é a razão entre o trabalho realizado e o calor recebido: 2) O calor recebido é: 3) O trabalho é calculado pela primeira lei: 4) Substituindo os valores na expressão do rendimento: Ou seja. visto que. o sistema retiraria energia do reservatório quente e produziria a mesma quantidade de trabalho enquanto percorresse um ciclo e sua eficiência térmica seria de 100%. . Isso pode ser considerado como um corolário da Segunda Lei da Termodinâmica. por transferência de Exemplo 2. e tal afirmação se aplica a todos os ciclos de potência. efetua trabalho e rejeita 160J de calor para um reservatório frio. num reservatório frio.1 Uma máquina térmica absorve 200J de calor de um reservatório quente. para se chegar a tal conclusão. pode ser convertida em trabalho. para qualquer sistema executando um ciclo de potência enquanto opera entre dois reservatórios. tal método de operação violaria o enunciado de Kelvin-Planck. . Dessa forma. Contudo. deve ser descarregada. independentemente dos detalhes de operação. não foi necessário identificar a natureza da substância contida no sistema. Se fosse igual a zero. apenas uma parcela do calor a parcela de calor remanescente. perda de calor pelas paredes do cilindro (câmara de combustão). então. Esse tipo de motor também é chamado de quatro tempos. é aquecida pelo calor da combustão a volume constante até c.4.3 podem-se observar os quatro tempos que ocorrem no ciclo de funcionamento dos motores de combustão interna: • Tempo de admissão: com a válvula de descarga fechada e a válvula de admissão aberta. a válvula de admissão de fecha e. Então. O ciclo de Otto constitui um modelo ideal dos processos sucessivos no motor de combustão interna. o pistão é forçado para baixo e os gases queimados expandem-se de maneira aproximadamente adiabática. ilustrado pela Fig. introduz-se na câmara de combustão uma mistura explosiva de vapor de gasolina e ar quando o pistão se desloca para baixo. Então a válvula de descarga se fecha. O golpe de força constitui a expansão .16 • Motores de Combustão Interna Os motores de combustão interna a gasolina constituem um exemplo típico de máquinas térmicas. a mistura de ar e vapor de gasolina é admitida em a e é adiabaticamente comprimida até b. fazendo com que a pressão e a temperatura aumentem praticamente constantemente. combustão incompleta e muitos outros efeitos que reduzem a eficiência de uma máquina real. devido ao fato de que no seu ciclo ocorrem quatro transformações. começando um novo ciclo. comprimindo quase que adiabaticamente a mistura ar-gasolina. Pela Fig. 2. 2. • Tempo motor ou de trabalho: uma centelha elétrica produz a ignição da mistura de ar e de vapor de gasolina e a combustão se processa rapidamente. pois despreza atrito. a de admissão se abre. a válvula de descarga se abre. usado na maioria dos automóveis atuais. o pistão começa a subir. No ciclo de Otto. a pressão no interior da câmara cai rapidamente até o valor da pressão atmosférica e o pistão sobe. expulsando a maior parte dos gases restantes. • Tempo de compressão: no fim do curso do pistão. turbulência. • Tempo de exaustão: no fim do tempo motor. Dessa forma. no golpe de admissão. 2. 2. Fig. descarga dos gases e a tomada de nova carga de ar e vapor de gasolina.4 – Ciclo de Otto de um motor de combustão interna de . e o resfriamento isocórico que ocorre entre c e a representa a .3 – Esquema básico do funcionamento de um motor de combustão interna Fig.17 adiabática de c até d. o cilindro é mantido ligado à caldeira durante a primeira parte do tempo do motor.18 • Máquinas a Vapor O motor a vapor foi criado pelo engenheiro escocês James Watt. cerca de 60% a 65% da energia fornecida ao sistema é desperdiçada. as máquinas a vapor são ainda usadas para gerar eletricidade nas usinas termelétricas. Fig. Então a válvula de admissão é fechada e o vapor se expande fechada adiabaticamente durante o tempo restante do motor. o que. C O vapor superaquecido é admitido num cilindro. ou seja. que. reiniciando o ciclo. A eficiência térmica das máquinas a vapor é da ordem de 35% a 40%.5 – Esquema da máquina a vapor . este é superaquecido acima da temperatura da caldeira (cerca de 500° – 200 atm). A água resultante é bombeada para a caldeira. Hoje. onde se expande contra um pistão. e sofre uma condensação a um resfriamento ainda menor. provou a possibilidade de se obter trabalho a partir do calor. 2. a água é transformada em vapor numa caldeira. e então o vapor é expelido a uma temperatura muito mais baixa que a inicial. na época. assim que há a formação do vapor. Tal expansão do vapor gera trabalho. ocorre à pressão constante. dessa forma. Numa máquina a vapor moderna. na primeira metade do século XVIII. “Nenhuma máquina térmica. a seguir. . Fig. • (a) – máquina térmica reversível. Pela segunda lei. pode operando ser mais eficiente do que uma máquina reversível que opere entre os mesmos dois reservatórios”. Um fato interessante é que Carnot foi capaz de ar analisar o desempenho de tal motor antes mesmo de se enunciarem a Primeira Lei enho da Termodinâmica e o conceito de Entropia. em 1824. em princípio. L. (Teorema de Carnot) Este motor ideal é o que. o cientista e engenheiro francês N. melhor usa a energia na forma de calor para realizar trabalho útil. sabe sabe-se que nenhuma máquina térmica tem rendimento igual a 100%.2.6.19 2. 2. com rendimento de 40%. A Fig. efetuando 40J de trabalho e descarregando 60J de calor no reservatório frio.2 A Máquina de Carnot Um motor de Carnot é um motor ideal. mas. removendo 100J de calor da fonte quente. faz uma demonstração do Teorema de Carnot. 2. por exemplo. .6 – Demonstração do Teorema de Carnot ig. onde todos os processos são reversíveis e não ocorrem transferências de energia desperdiçadas devido a fatores como atrito e turbulências. operando entre dois reservatórios térmicos. Sadi Carnot propôs o conceito de máquina reversível como sendo a máquina mais eficiente que pode operar entre dois reservatórios dados. Então. 2. citadas no item 2.8 a seguir. • (c) – máquina térmica que opera entre os reservatórios anteriormente mencionados.5. Dessa forma.7 e 2.1.7 mostra o diagrama p-v de um ciclo de potência de Carnot no qual o sistema é um gás em um conjunto cilindro-pistão.8 fornece detalhes de como o ciclo é executado. o ciclo de Carnot sofre uma série de quatro processos internamente reversíveis. A Fig. 2. então o calor absorvido do reservatório quente tem de ser absorvido isotermicamente.2. A próxima etapa deve ser uma expansão adiabática quase-estática até a temperatura mais baixa do reservatório frio. 2. onde são consumidos 40J de trabalho para remover 60J de calor do reservatório frio e. sendo dois adiabáticos alternados com dois isotérmicos. o que viola a Segunda Lei da Termodinâmica. sendo que o calor rejeitado é então cedido para isotermicamente para tal reservatório. uma compressão adiabática quase-estática leva o fluido operante até a temperatura do reservatório quente.20 • (b) – operação da máquina térmica ao revés. pode-se entender os traços particulares do ciclo de Carnot – o ciclo reversível entre dois reservatórios térmicos. constata-se que a máquina reversível é a de maior rendimento que pode operar entre dois reservatórios. Visto que toda troca de calor deve ser feita isotermicamente para que o processo seja reversível. com rendimento de 45% (maior do que o rendimento da máquina térmica reversível) • (d) – acoplamento da máquina térmica (c) com o refrigerador (b). e a Fig. descarregar 100J de calor no reservatório quente. o que gera a remoção de 5J de calor do reservatório frio e conversão completa deste calor em trabalho. Dessa forma. 2. Tais ciclos são descritos pelas Fig. . como refrigerador.3 Ciclo de Carnot A partir das condições de reversibilidade. assim. e um apoio isolado – inicialmente. 2. 2. respectivamente. o conjunto cilindro pistão está sobre o apoio cilindro-pistão isolado e o sistema está no estado 1. onde a temperatura é . Os quatro processos reversíveis do ciclo de potência de Carnot são: processos • • Processo 1-2 – compressão adiabática: o gás . o Existem dois reservatórios às temperaturas e . onde a temperatura é Processo 2-3 – expansão isotérmica: o conjunto é colocado em contato com o reservatório a energia .8 – Ciclo de potência de Carnot executado por um gás em um conjunto cilindro-pistão Observações: o As paredes do pistão e do cilindro são não não-condutoras. O gás se expande isotermicamente enquanto recebe do reservatório quente por transferência de calor.7 – Diagrama p-v para um ciclo de potência de Carnot executado por um gás v Fig. é comprimido adiabaticamente até o estado 2. .21 Fig. o As transferências de calor estão na direção das setas. O mesmo diagrama p-v é tomado como exemplo para definir o rendimento de uma máquina de Carnot: Uma quantidade de calor gás ideal. A área sob a linha do processo adiabático 1-2 representa o trabalho realizado por unidade de massa para comprimir o gás nesse processo. • Processo 4-1 – compressão isotérmica: o conjunto é colocado em contato com o reservatório a .22 • Processo 3-4 – expansão adiabática: o conjunto é colocado novamente sobre o apoio isolado e o gás continua a se expandir adiabaticamente até a temperatura cair para . por: . Já a área delimitada pelas linhas dos quatro processos no diagrama p-v representa o trabalho líquido desenvolvido pelo ciclo por unidade de massa. O gás é comprimido isotermicamente até o seu para o reservatório frio por estado inicial enquanto descarrega energia transferência de calor. Este trabalho tem módulo igual ao trabalho de expansão de 1 para 4.7. Para tal situação. o trabalho pode ser representado como uma área na Fig. em módulo. a diferença entre a temperatura do gás e a temperatura do reservatório quente deve ser infinitamente pequena. A área sob a linha do Processo 4-1 é o trabalho realizado por unidade de massa para comprimir o gás nesse processo. As áreas sob as linhas dos Processos 2-3 e 3-4 representam o trabalho realizado por unidade de massa pelo gás à medida que ele se expande nesses processos. O calor rejeitado é dado. o calor rejeitado para o reservatório frio é igual ao trabalho feito sobre o gás na compressão isotérmica na temperatura . 2. Para que a transferência de calor durante o Processo 2-3 seja reversível. é absorvida durante a expansão isotérmica do e é igual ao trabalho efetuado pelo gás ideal: Da mesma forma. Para cada um dos quatro processos internamente reversíveis do ciclo de Carnot. 23 Logo. obtemos: Cancelando os fatores logarítmicos da expressão . . tem-se: Substituindo Carnot: em . é: . tem-se: Dividindo membro a membro as expressões e . e . a razão entre as duas quantidades de calor é dada por: A relação entre os volumes estática. tem-se o rendimento para uma máquina de . pela expansão adiabática quase- Aplicando a expressão aos estados 3-4 e 1-2. chamados corolários de Carnot: • A eficiência térmica de um ciclo de potência irreversível é sempre menor do que a eficiência térmica de um ciclo de potência reversível quando cada um opera os mesmos dois reservatórios térmicos. torna-se interessante investigar a eficiência teórica máxima. • Todos os ciclos de potência reversíveis operando entre os mesmos dois reservatórios térmicos possuem a mesma eficiência térmica. Consequentemente. então se dois ciclos reversíveis operam entre os mesmos dois reservatórios e recebem a mesma quantidade de energia . 2. a eficiência do ciclo irreversível será menor que a eficiência do ciclo reversível. Já o segundo corolário de Carnot refere-se apenas a ciclos reversíveis. um ciclo irreversível. o trabalho líquido desenvolvido pelo ciclo irreversível será menor que o trabalho realizado pelo ciclo reversível. significa que há uma seleção mais vantajosa da substância que compõem o sistema (por exemplo. . Tal investigação é baseada nos corolários da segunda lei. constata-se que o rendimento de um motor de Carnot depende exclusivamente das temperaturas dos dois reservatórios. a mesma quantidade de energia e um deles executa um ciclo reversível e o outro.24 Dessa forma.2. mas um deles pode produzir mais trabalho que o outro. Como todos os processos de um ciclo reversível são executados perfeitamente. cada um. A ideia básica do primeiro corolário de Carnot está de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica: se dois sistemas operando entre os mesmos dois reservatórios recebem.4 Corolários de Carnot para os Ciclos de Potência Como nenhum ciclo de potência é 100% eficiente. o ar poderia ser melhor que o vapor d’água) ou da série de processos que compõe o ciclo (processos sem escoamento poderiam ser preferíveis a processos com escoamento). 25 Contudo. de acordo com o princípio da conservação de energia. independentemente da substância de trabalho escolhida ou da série de processos.9 – Esquema para comparar as eficiências entre um ciclo reversível R e um ciclo irreversível I operando entre os mesmos dois reservatórios Seja um ciclo de potência reversível R e um ciclo de potência irreversível eja operando entre os mesmos dois reservatórios e recebendo. e permanecem as mesmas. e o Como R constitui um ciclo reversível. e. o segundo corolário nega tais possibilidades ao afirmar que os ciclos devem ter a mesma eficiência. 2. . a mesma quantidade de energia do reservatório quente. toma-se como base equação se e a Fig. 2. cada ciclo descarrega no reservatório frio a energia igual à diferença entre a energia recebida trabalho produzido. e o ciclo irreversível I produz trabalho ersível O ciclo reversível R produz trabalho .5 Demonstrando os Corolários de Carnot Para demonstrar o primeiro corolário de Carnot.2. as magnitudes das transferências de energia . cada um. 2. se ele operar na direção oposta.9: Fig. 2. equação mesma quantidade de energia . pode-se afirmar que o sistema combinado opera em um ciclo. o que completa a demonstração do primeiro corolário de Carnot. que é uma composição dos dois ciclos e do reservatório quente.26 mas em direções opostas como mostram as linhas pontilhadas na Fig. Assim. porém. dois reservatórios. então e . ajustada Dessa forma. mostrado na Fig. 2. conclui-se que e. . . consistindo nos dois ciclos e no reservatório quente. Dessa forma. pode ser formado. pode-se reescrever a equação sugere que . Tomando trabalho e para o sistema combinado em razão das quantidades de . o reservatório quente não experimentaria variação líquida alguma na sua condição. Esse sistema combinado deve obedecer à equação em porque o sistema é reversível em sua aplicação. visto que receberia de R enquanto passasse para I. . trocando energia por transferência de calor com um único reservatório: o frio. conclui-se que como: . assim.9. como cada ciclo recebe a . Se desempenhar o papel de R. o sistema combinado tem de satisfazer a condição expressa pela equação . De maneira análoga demonstra-se o segundo corolário de Carnot: consideram-se dois ciclos reversíveis quaisquer. consequentemente. para interação com reservatório único: Onde o sinal da desigualdade é usado porque o sistema combinado constitui um ciclo irreversível (o ciclo irreversível I é um de seus componentes). Como seus componentes executam ciclos ou não apresentem variação líquida. operando entre os mesmos um sistema combinado.9. A demonstração do primeiro corolário é completada pelo sistema combinado. e o de I para o raciocínio anterior. 27 2. Pela equação pode-se. Exemplo 2. e também a eficiência máxima que qualquer ciclo de potência pode ter enquanto operar entre os dois reservatórios em tais circunstâncias. Resolução: A) Primeiro: . b) Achar e para cada passo do ciclo e para o ciclo total. outras considerações como custo podem ser mais importantes. Na prática.6 Desempenho Máximo para Ciclos de Potência A eficiência térmica de um sistema que percorre um ciclo de potência reversível enquanto opera entre reservatórios térmicos às temperaturas apresentada pela equação . c) Determinar o rendimento diretamente.2. durante a expansão isotérmica.7. c e d da Fig. com temperaturas e é submetido ao . na temperatura . b. para manter abaixo da temperatura do meio ambiente seria necessário um refrigerador. pois. maximizar a eficiência térmica de um ciclo de potência pode não ser um objetivo principal. Por exemplo. a eficiência dada pela equação é a eficiência de todos os ciclos de potência reversíveis que operam entre dois reservatórios às temperaturas e . A pressão é igual a e. 2. d) Comparar com o resultado proveniente da equação . a possibilidade de aumentar a eficiência térmica reduzindo abaixo da temperatura ambiente não é uma boa alternativa. a) Achar a pressão e o volume em cada um dos pontos a. o que consumiria trabalho para operar. Carnot aumenta à medida que Contudo.2 mol de um gás perfeito diatérmico ciclo de Carnot. verificar que o valor da eficiência de aumenta e/ou diminui. a partir dos resultados. e foi De acordo com os dois corolários de Carnot. o volume dobra.2 Suponha que 0. ainda. e: Para a compressão adiabática: C) Os resultados obtidos podem ser tabelados: . de modo que: Para a expansão adiabática: . de modo que: Assim. Para a compressão adiabática: .28 Para a expansão isotérmica: . e: B) Para a expansão isotérmica: Para a expansão adiabática: Para a compressão isotérmica: . 3 REFRIGERADORES – BOMBAS DE CALOR 2. essencialmente.1. convertendo parte deste calor em trabalho mecânico e rejeitando a diferença sob a forma de calor para um reservatório frio.1 – e 115. . o trabalho total é 115. uma máquina térmica operando ao revés: enquanto a máquina térmica recebe calor de um reservatório quente. 2.2J e é 461J. Essa transferência de calor do reservatório frio para o quente sempre se dá à custa de trabalho. um refrigerador recebe trabalho para extrair certa quantidade de calor do reservatório frio (refrigerador) e transferir essa quantidade para o reservatório quente.2J 0 em cada um dos pontos do ciclo de Carnot Da Tab.7J 115.29 461J 0 461J 415.7J 0 -345.8J 0 Total Tab. assim: D) Pela equação : 2.7J 0 -415.1 Refrigeradores Um refrigerador é.8J -345.2J -415.7J 415. 2.3. tenha como único efeito o da transferência de energia térmica de um corpo frio para outro quente”. por meio de resfriamento a ar ou a água. Na serpentina D. Fig. operando em ciclo. a Fig. (Enunciado de Clausius para a Segunda Lei da Termodinâmica) Dessa forma. um refrigerador é um dispositivo que usa trabalho para transferir energia de um reservatório de baixa temperatura para um reservatório de alta temperatura enquanto repete continuamente uma série definida de processos termodinâmicos. transformando o líquido restante em vapor. Num refrigerador doméstico. 2.10 – Princípio do ciclo de refrigeração mecânico Segundo a Fig. remove-se calor do gás.10 mostra esquematicamente os princípios do ciclo de refrigeração comum. onde resfria diretamente o refrigerador. 2. . Então. a serpentina D é colocada no compartimento do gelo. reiniciando o ciclo. 2. que entra no compressor A. a altas temperaturas e pressão.10. A seguir. que sofre uma condensação ainda a alta pressão. fornece-se calor à mistura. o compressor A leva o gás. tem-se a geladeira doméstica: o trabalho é realizado por um compressor elétrico para transferir energia do compartimento de armazenamento de alimentos (um reservatório de baixa temperatura) para a cozinha (um reservatório de alta temperatura).30 “É impossível que um refrigerador. Como exemplo simplório. para a serpentina B. emergindo como uma mistura de líquido e vapor a uma temperatura mais baixa. O líquido formado passa pela válvula de garganta (de estrangulamento ou de pressão) C. e o trabalho recebido . melhor a operação do refrigerador. Exemplo 2. Resolução: 1) O trabalho e o calor trocado no compartimento frio do refrigerador estão relacionados pelo coeficiente de eficiência: 2) O calor é o calor removido para resfriar a água e depois congelá-la: .5. inicialmente a 10° em C.3 Um refrigerador tem coeficiente de eficiência de 5. Os refrigeradores comuns têm coeficientes de desempenho da ordem de 5 ou 6. Dessa forma. enquanto a serpentina B é esfriada pelo ar exterior. A medida de desempenho ou eficiência de um refrigerador é a razão entre o calor removido do reservatório frio. representada por K (coeficiente de desempenho ou eficiência): Quanto maior o coeficiente de desempenho. Que trabalho é necessário para este refrigerador congelar 1 cubos de gelo a 0° C? de água.31 O princípio de operação de um refrigerador também é usado nos aparelhos de ar condicionado e nas bombas de calor. e o reservatório de alta temperatura é o ambiente externo. em termos destes coeficientes pode-se enunciar a Segunda Lei da Termodinâmica dizendo que o coeficiente de eficiência de um refrigerador não pode ser infinitamente grande. Nos aparelhos de ar condicionado. o reservatório de baixa temperatura é o cômodo que deve ser resfriado. Logo. o ar é refrigerado ao ser soprado através da serpentina D. diferindo apenas na natureza dos reservatórios de alta e baixa temperatura. supostamente mais quente. por exemplo. . por exemplo”. todas as transferências de energia. se tem 2.11 – Elementos básicos de um refrigerador ideal . Um refrigerador ideal opera no sentido contrário do motor de Carnot.3. também chamado refrigerador de Carnot: “Em um refrigerador ideal. 2.32 3) O calor necessário para resfriar 1 de água (1kg de massa) de 10° até 0° C C é: 4) O calor necessário para congelar 1 de água é: 5) A soma das duas quantidades de calor fornece : 6) Com o valor de trabalho : na expressão do coeficiente de desempenho. todos os processos são reversíveis e não ocorrem transferências de energia com desperdícios devidos ao atrito e à turbulência.2 Refrigeradores de Carnot Consideremos um refrigerador ideal. seja sob forma de calor ou de trabalho. Fig. ou seja. são invertidas em relação às de um motor de Carnot. 2. Então. Fig.33 Conforme a Fig. O trabalho é realizado sobre a geladeira (sobre a substância de trabalho) se transfere da substância de trabalho para o reservatório de por algo no ambiente externo. se um ciclo de potência de Carnot opera no sentido reverso. um ciclo de refrigeração executado por um gás em um conjunto cilindro-pistão é mostrado na Fig. as duas setas no loop central sugerem que a substância de trabalho opera em um ciclo.11.12. 2. adiabática: . Processo 4-1 – expansão adiabática: o gás se expande adiabaticamente até sua temperatura decrescer para .12. 2. tal ciclo pode ser considerado um ciclo de refrigeração e as magnitudes de todas as transferências de energia permanecem as mesmas. o gás é comprimido o gás é comprimido compressão adiabaticamente até sua temperatura atingir Processo 3-4 – compressão isotérmica: isotermicamente a • enquanto descarrega energia no reservatório quente por transferência de calor. 2. A energia se transfere sob a forma de calor para a substância de trabalho do reservatório de baixa temperatura. Assim. como num diagrama p-v. apresentado na Fig. mas as transferências de energia estarão opostamente direcionadas. A energia alta temperatura. onde: • • • Processo 1-2 – expansão isotérmica: o gás se expande isotermicamente a enquanto recebe energia Processo 2-3 – do reservatório frio por transferência de calor.12 – Diagrama p-v para um ciclo de refrigeração de Carnot executado por um gás . 4 Se o ciclo descrito no exemplo 2. Então. então a área delimitada pelas linhas na Fig. qual será sua eficiência? Resolução: Para um ciclo de Carnot. não sendo . a Primeira Lei da Termodinâmica fornece: Onde é a intensidade da energia transferida sob a forma de calor para um reservatório de alta temperatura. analogamente pode-se fazer uma combinação entre as expressões chegando a: e . tornando-se refrigerador. Exemplo 2.2 for revertido. 2. tem-se o rendimento para um Como um refrigerador de Carnot é um motor de Carnot operando ao revés.12 representa a entrada de trabalho líquido por unidade de massa. substituindo refrigerador de Carnot: em . necessário calcular e : depende apenas das temperaturas.34 Como o efeito de refrigeração pode ser realizado em um ciclo somente se uma quantidade líquida de trabalho for fornecida ao sistema que executa o ciclo. Para um refrigerador de Carnot. 35 2. um refrigerador cujo objetivo é manter a temperatura no interior de um recinto acima da temperatura das vizinhanças ou promover uma transferência de calor para certos processos industriais que acontecem a temperaturas elevadas. Uma bomba de calor é. Ou ainda. o ar frio no exterior de uma casa) para um reservatório quente (por exemplo. Isso se dá através do bombeamento de energia térmica de um reservatório frio (por exemplo.3. o coeficiente de eficiência é definido como a razão do efeito de aquecimento pela potência de acionamento necessária para se atingir esse efeito. na sua essência. a partir de : Isolando o trabalho : . o trabalho de uma bomba de calor para calefação doméstica que supriria de calor o sistema de abastecimento de uma habitação.3 Bombas de Calor É comum estarmos interessados no trabalho que deve ser feito para descarregar certa quantidade de calor num reservatório quente. dada pela expressão . Se for o trabalho necessário para remover a quantidade de calor do reservatório frio e descarregar a quantidade de calor no reservatório quente. Por exemplo. o ar quente no interior de uma casa). obtém-se o coeficiente de desempenho teórico máximo para qualquer operação cíclica de bomba de calor entre duas regiões a temperaturas e : Um estudo da equação mostra que à medida que a temperatura da região fria decresce. Que C quantidade de trabalho é necessária para bombear 1kJ de calor para o interior da casa? Resolução: 1) Cálculo do coeficiente de desempenho máximo: .3. para o sistema de calefação interno.36 2. a -5° C (268K). o coeficiente de desempenho da bomba de calor de Carnot também decresce.5 Uma bomba de calor ideal bombeia calor do exterior de uma casa. e explica porque bombas de calor nas quais o papel da região fria é desempenhado pela atmosfera local (bombas de calor com fonte de ar) normalmente necessitam de sistemas de apoio para fornecer aquecimento em dias em que a temperatura ambiente é muito baixa. coeficientes de desempenho relativamente altos podem ser obtidos em razão a uma baixa temperatura do ar ambiente. Em contrapartida. que opera a 40° (318K). se fontes como água de poços ou o próprio solo são utilizadas. Esta tendência também é verificada por sistemas de bombas de calor reais. Exemplo 2.4 Bombas de Calor de Carnot Relacionando as expressões e . e então sistemas de apoio podem não ser necessários. Este ciclo poderia ser um ciclo de refrigeração ou de bomba térmica. . A Fig.3. a quantidade de energia que o ciclo descarrega no reservatório quente por transferência de calor é igual à soma da energia recebida do reservatório frio por transferência de calor e a entrada líquida de trabalho. dependendo se sua função é remover energia refrigeração) ou fornecer energia do reservatório frio (ciclo de ao reservatório quente (bomba de calor). 2.1866kJ de trabalho para bombear 1kJ de calor para o sistema de calefação da casa.13 – Sistema percorrendo um ciclo de refrigeração ou bomba de calor As direções das setas indicam as transferências de energia.37 2) Cálculo do trabalho necessário: Ou seja.13 mostra um sistema percorrendo um ciclo ao passo que se comunica termicamente com um reservatório térmico quente e um frio. Fig. é preciso 0. Pelo princípio da conservação de energia.5 Interação de Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor com Dois Reservatórios A Segunda Lei da Termodinâmica também impõem limites no desempenho de ciclos de refrigeração e bomba de calor. 2. 2. violando o enunciado de Clausius da segunda lei.14 – Esquema para demonstrar os coeficientes de desempenho de um ciclo reversível e de um ciclo irreversível . Essa afirmação é um dos corolários da segunda lei. e aproximam-se fosse nulo. invariavelmente. o sistema da Fig. 2. como pode ser observado a partir da Fig. 2. Mas se no ciclo tende a zero.3. O primeiro corolário está de acordo com a segunda lei. Então.13 retiraria energia do reservatório frio e forneceria energia ao reservatório quente enquanto percorresse um ciclo. Ao substituir o termo “refrigeração” por “bomba de calor” obtêm-se os corolários equivalentes para os ciclos de bomba de calor.14.38 À medida que o fornecimento de trabalho líquido os coeficientes de desempenho dados pelas equações de um valor infinito. 2. • Todos os ciclos de refrigeração reversíveis operando entre os mesmos dois reservatórios térmicos possuem o mesmo coeficiente de desempenho. Fig. tais coeficientes de desempenho precisam ter. 2. valores finitos.6 Corolários para Ciclos de Refrigeração e 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 os mesmos dois reservatórios térmicos. operando entre os mesmos dois reservatórios térmicos e retirando. assim. consequentemente. cada um. uma mesma quantidade de transferência de energia do reservatório frio ( ). 2. um reversível R e um irreversível I. .14 mostra dois ciclos de refrigeração. Se dois refrigeradores (ou duas bombas de calor) trabalhando entre os mesmos reservatórios receberem. um coeficiente de desempenho menor.3. e representam a entrada líquida de trabalho para operar R e I. e a direção das transferências de calor é indicada pelas setas. adicionado ao ciclo através do reservatório frio à temperatura calor descarregado para o reservatório quente à temperatura As equações resultantes e podem ser usadas como padrão de comparação para refrigeradores e bombas de calor reais. a mesma quantidade de energia do reservatório frio. é o operando entre dois reservatórios. contudo. tal qual ocorre como os motores de Carnot. e um deles executar um ciclo reversível enquanto o outro. nestes casos. um ciclo irreversível. Cada ciclo descarrega energia por transferência de calor para o reservatório quente igual à soma de e a entrada líquida de trabalho. cada um. 2. espera-se que o ciclo irreversível precise de uma quantidade líquida de trabalho maior e. .7 Desempenho Máximo para Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor A equação também se aplica a ciclos de refrigeração e bomba de calor representa o calor e. respectivamente.39 O esquema da Fig. o tema desta pesquisa é importante dentro da Engenharia Civil. através de trabalho. tais máquinas não conseguem converter completamente o calor recebido em trabalho. Contudo. Pode-se dizer. em suas funções básicas: a função do refrigerador é retirar calor do reservatório frio. As Leis da Termodinâmica estão presentes no nosso dia-a-dia sem que possamos nos dar conta disso. mas são um bom referencial para as máquinas reais. Logo. sua análise e compreensão facilitam na percepção de problemas cotidianos do referido acadêmico ou profissional. Dessa forma. as máquinas de Carnot são apenas idealizadas. Dessa forma é possível avaliar o desempenho das máquinas que utilizamos comumente. a única forma de avaliar seus desempenhos é comparando-as às máquinas térmicas de Carnot. Refrigeradores e bombas de calor diferem. apenas. Portanto. e a função da bamba de calor é enviar calor ao reservatório quente. que uma máquina térmica é toda máquina que opera entre dois reservatórios térmicos – um quente e outro frio – recebendo calor do reservatório quente. Um refrigerador ou uma bomba térmica executam o mesmo ciclo. realizando trabalho e rejeitando o calor excedente para o reservatório frio. recebendo calor de um reservatório frio e.40 3 DADOS CONCLUSIVOS O tema desta pesquisa apresenta significativa importância para a vida acadêmica e profissional do engenheiro. enviando o calor excedente ao reservatório quente. mas de maneira reversa à máquina térmica. mantendo um ambiente aquecido. duas das possíveis áreas de atuação de um engenheiro civil. que operam num ciclo reversível de quatro fases e alcançam a máxima eficiência possível para uma determinada situação. Entretanto. bom como de todos os . por referir-se a processos cotidianos e explicar o funcionamento e rendimento de equipamentos que possivelmente poderão ser utilizados pelo engenheiro. de um modo geral. “esfriando” um ambiente. serve de instrumento ao desenvolvimento da capacidade de análise crítica do engenheiro. servir de apoio a pesquisas que busquem informações mais aprofundadas sobre os conceitos termodinâmicos. portanto. Esta pesquisa. ainda. podendo.41 profissionais envolvidos na construção civil: a engenharia rodoviária e a de infraestrutura. . TIPLER. Movimento Ondulatório. ed. 1997. ed. HALLIDAY. Howard N. 2002. Ed. Rio de Janeiro: LTC. Fundamentos de Física: Gravitação. Mark W. VALENTIM. Oscilações e Ondas. Termodinâmica. 6. . Paul A. Marcos. 2000. Aprendendo Física: Física Térmica e Ondas. Rio de Janeiro: LTC. ed. Estéfano. Djalma Nunes. 5. ed. 1996. São Paulo: Scipione. São Paulo: Ática. YOUNG.42 4 REFERÊNCIAS CHIQUETTO. ZEMANSKY. Robert. WALKER. 1995. RESNICK. SEARS. Michael J. Física: Volume Único. MORAN. Calor. PAGLIARI. Bárbara.. Jearl. 2002. Física: Mecânica dos Fluidos. Francis. PARANÁ. Ondas e Termodinâmica. Hugh D. David. Rio de Janeiro: LTC. Física para Cientistas e Engenheiros: Mecânica. SHAPIRO.. 4. Rio de Janeiro: LTC. 2. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. 4.