Termodinâmica – Aula 10 – 2Bi Fenômenos de Transporte

Fenômenos de Transporte
Prof.: Washington de Macedo Lemos, MSc.
Termodinâmica – Aula 10 – 2Bi
2.3. Segundo Princípio Termodinâmico (2ª lei da termodinâmica)
Lembrando do que ainda não vimos...
Primeira Lei: Não existe almoço grátis.
Segunda Lei: Não existe um almoço que valha o preço cobrado.
Terceira Lei: Você tem de almoçar.
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2.3. Segundo Princípio Termodinâmico (2ª lei da termodinâmica)
A segunda lei indica que todos os processos conhecidos
ocorrem em um certo sentido e não no oposto.
Por que o mundo vai acabar?
Por que a sopa esfria?
Por que o gelo derrete?
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2.3. Segundo Princípio Termodinâmico (2ª lei da termodinâmica)
A segunda lei indica que todos os processos conhecidos
ocorrem em um certo sentido e não no oposto.
A queda de um corpo aquece o ar ao seu
redor devido à resistência do ar.
O aquecimento do ar não ergue o corpo.
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2.3. Segundo Princípio Termodinâmico (2ª lei da termodinâmica)
Algumas definições:
a) Máquina térmica: dispositivo que opera
segundo um ciclo termodinâmico.
b) Motor térmico: É uma máquina térmica que
realiza trabalho líquido positivo e troca calor
líquido positivo.
c) Bomba de calor: máquina térmica que
recebe energia de um corpo a baixa
temperatura e cede calor a um corpo a alta
temperatura.
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2.3. Segundo Princípio Termodinâmico (2ª lei da termodinâmica)
Algumas definições:
d) Refrigerador: Máquina térmica cuja função é retirar calor de
um corpo frio e enviar a energia para um corpo quente.
e) Reservatório térmico:
Sistemas que recebem ou cedem
energia na forma de calor sem
variar sua temperatura.
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2.3.1 Eficiência e Coeficientes de Performance
Se a única fonte de energia de um sistema for os
reservatórios térmicos:
O trabalho desenvolvido por um motor térmico é:
W  Qq  Q f
T2>T1
Qq
A eficiência é definida por:
W
Qf
efeito desejado
W


energia disponibilizada Qq
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2.3.1 Eficiência e Coeficientes de Performance
Quando tratamos de bombas térmicas e/ou
refrigeradores temos:
T2>T1
O coeficiente de performance (COP) é
definido por:
Qq
W
efeito desejado
COP 
energia disponibilizada
Qf
COPbomba de calor 
Qq
W
COPrefrigerador
Qf

W
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2.3.1 Eficiência e Coeficientes de Performance
Em resumo, sendo: W  Qq  Q f
T2>T1
Qq

W
Qq  Q f
Qf
W

 1
Qq
Qq
Qq
Qf
COPbomba de calor 
Qq
W

T2>T1
Qq
W
Qf
COPrefrigerador 
Qf
W

Qq
Qq  Q f
Qf
Qq  Q f

1

1
Qf
Qq
1
Qq
Qf
1
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2.3.3 Enunciados da segunda lei da termodinâmica:
Kelvin-Plack:
É impossível construir um dispositivo que opere em ciclo e cujos
únicos efeitos sejam a realização de trabalho e a troca de calor
com um único reservatório térmico.
T2>T1
Qq
W
Qf
Segunda Lei: Não existe um almoço que valha o preço cobrado.
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2.3.3 Enunciados da segunda lei da termodinâmica:
Clasius:
É impossível construir um dispositivo que opere em ciclo e cujos
únicos efeitos seja a transmissão de calor de um corpo mais frio
T2>T1
para um corpo mais quente:
Qq
W
Qf
Segunda Lei: Não existe um almoço que valha o preço cobrado.
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2.3.4 Máquina de Carnot:
O que é possível então? No mundo ideal, seria a
máquina de Carnot!
A máquina de Carnot é a máquina térmica que opera com maior
performance entre dois reservatórios térmicos.
Trata-se de um processo IDEALIZADO com o maior RENDIMENTO
possível e com todos os processos REVERSÍVEIS.
Idealizado
Maior
rendimento
Possível
Processos
reversíveis
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2.3.4 Máquina de Carnot:
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2.3.4 Máquina de Carnot:
Princípios de Carnot:
1) O rendimento de uma máquina térmica é SEMPRE
inferior ao de uma máquina reversível que funcione
entre as mesmas fontes.
2) O rendimento de TODAS as máquinas térmicas
reversíveis que funcionem entre os mesmos
reservatórios térmicos é sempre igual, independente
do ciclo e do fluido de trabalho.
Carnot A  Carnot B   Processo irreversível
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2.3.4 Máquina de Carnot:
Ainda para máquinas de Carnot:
  1
Qq
Qf

Tq
Tf
T  Em escala absoluta (K)
Qf
Qq
 1
COPbomba de calor 
1
COPrefrigerador 
Tf
Tq
1

Qf
Qq
1
Qq
Qf

1
1
1
Tf
Tq
1
Tq
Tf
1