Maquinas Termicas

Máquinas Térmicas

Funcionamento da máquina de Carnot

Na Fig. 1 mostra a energia e a temperatura em e respectivamente, que durante cada ciclo do motor, a substância de trabalho absorve a energia sob a forma de calor de um reservatório térmico mantido a temperatura constante e libera a energia sob a forma de calor para um segundo reservatório térmico mantido a uma temperatura inferior, também constante .

Exemplo: Em uma locomotiva a vapor, a caldeira representa a fonte quente, de onde é retirada uma certa quantidade de calor. Parte dessa energia térmica, denominada energia útil, é convertida em trabalho mecânico. A outra parte dessa energia, chamada energia dissipada, é jogada para a atmosfera, que, nesse caso, possui o papel de fonte fria.

O rendimento de uma máquina térmica é dado pelo quociente do trabalho pela energia útil, onde o trabalho é definido pela diferença entre a energia útil e a energia dissipada. A equação do rendimento pode ser reescrita como a diferença entre a unidade e o quociente da energia dissipada pela energia útil.

Rendimento da Maquina ( )

Rendimento da Maquina em % ( )

Trabalho ( )

onde:

é o rendimento;

é a energia útil;

é o trabalho;

é a energia dissipada;

Funcionamento da máquina de Rankine

O ciclo ideal das usinas de potência a vapor é o Ciclo de Rankine (Fig. 1).

O Ciclo de Rankine ideal não envolve nenhuma irreversibilidade interna e consiste nos quatro seguintes processos: 1-2: Compressão isoentrópica numa bomba 2-3: Adição de calor a pressão constante numa caldeiraa 3-4: Expansão isoentrópica numa turbina 4-1: Rejeição de calor a pressão constante num condensador. Água entra na bomba no estado1 como líquido saturado e é comprimida de maneira isoentrópica até a pressão de operação da caldeira. A temperatura da água aumenta um pouco durante esse processo de compressão isoentrópica, devido a uma ligeira diminuição do volume específico da água. A distância vertical entre os estados 1 e 2 do diagrama T-s foi amplamente exagerada por questões didáticas.

A água entra na caldeira como um líquido comprimido no estado 2 e sai como vapor

superaquecido no estado 3. A caldeira é basicamente um grande trocador de calor, no qual o calor originário dos gases de combustão, reatores nucleares ou outras fontes é transferido para a água essencialmente à pressão constante. A caldeira, incluindo a região onde o vapor é superaquecido (superaquecedor), também é chamada de gerador de vapor.

O vapor d’água superaquecido no estado 3 entra na turbina, na qual ele se expande de

forma isoentrópica e produz trabalho, girando o eixo conectado a um gerador elétrico. A

pressão e a temperatura do vapor caem durante esse processo até os valores do estado 4, no qual o vapor entra no condensador. Nesse estado, o vapor em geral é uma mistura de líquido e vapor saturados com um título elevado. O vapor é condensado a pressão constante no condensador, que é basicamente um grande trocador de calor, rejeitando

calor para um meio de resfriamento como um lago, um rio ou a atmosfera. A água deixa o condensador como líquido saturado e entra na bomba completando o ciclo.

A diferença das perdas dos dois ciclos

Na teoria de Carnot o funcionamento do motor seria de 100% e não haveria perdas diferente de Rankine, mas até hoje não há um motor que funcione a 100% de rendimento.

Funcionamento de um Pistão de Motor de Carnot

Seja um fluido elástico, ar atmosférico por exemplo, no interior de um cilindro fechado abcd (fig. 1) e um pistão móvel cd. Seja também dois corpos A e B, cada um mantido a temperatura constante, supondo que a temperatura de A seja maior que a de B. Seja a seguinte