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A Segunda Lei da Termodinâmica
Gás QH Corpo a alta temperatura
QL Corpor a baixa temperatura
Figura 5.3
Motor térmico elementar.
o ciclo. É evidente que o gás realizou o trabalho durante o ciclo porque um peso foi elevado. Podemos concluir, a partir da primeira lei, que o calor líquido transferido é positivo e igual ao trabalho realizado durante o ciclo. Esse dispositivo é denominado de motor térmico e a substância para e da qual o calor é transferido é chamada fluido de trabalho. Um motor térmico pode ser definido como um dispositivo que, operando segundo um ciclo termodinâmico, realiza um trabalho líquido positivo à custa da transferência de calor de um corpo a temperatura elevada e para um corpo a temperatura baixa. Frequentemente, a denominação motor térmico é utilizada em sentido mais amplo para designar todos os dispositivos que produzem trabalho, por meio da transferência de calor ou combustão, mesmo que o dispositivo não opere segundo um ciclo termodinâmico. O motor de combustão interna e a turbina a gás são exemplos desse tipo de dispositivo e a denominação de motores térmicos é aceitável nesses casos. Neste capítulo, entretanto, nos limitaremos a analisar os motores térmicos que operam segundo um ciclo termodinâmico. Uma instalação motora a vapor simples (Figura 5.4) é um exemplo de motor térmico no sentido restrito. Cada componente dessa instalação pode ser analisado separadamente, associando a cada um deles um processo em regime permanente, mas se a instalação é considerada como um todo, ela poderá ser tratada como um motor térmico no qual a água (vapor) é o fluido de trabalho. Uma quantidade de calor, QH, é transferida de um corpo a alta
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temperatura, que poderá ser os produtos da combustão em uma câmara, um reator, ou um fluido secundário que, por sua vez, foi aquecido em um reator. O esquema da turbina também está mostrado na Figura 5.4. Observe que a turbina aciona a bomba e que o trabalho líquido fornecido pelo motor térmico é a característica mais importante do ciclo. A quantidade de calor QL é transferida para um corpo a baixa temperatura que, usualmente, é a água de resfriamento do condensador. Assim, a instalação motora a vapor simples é um motor térmico no sentido restrito, pois tem um fluido de trabalho, para, ou do qual, o calor é transferido, e realiza uma determinada quantidade de trabalho, enquanto percorre o ciclo. Assim, por meio de um motor térmico, podemos fazer um sistema percorrer um ciclo que apresenta tanto o trabalho líquido quanto a transferência de calor líquida positivos. Note que não foi possível realizar isso com o sistema e o ambiente mostrados na Figura 5.1. Ao utilizarmos os símbolos QH e QL afastamo-nos da nossa convenção de sinal para o calor, porque, para um motor térmico, QL deve ser negativo quando se considera o fluido de trabalho como sistema. Neste capítulo será vantajoso usar o símbolo QH para representar o calor transferido no corpo a alta temperatura e QL para o transferido no corpo a baixa temperatura. O contexto sempre evidenciará o sentido da transferência de calor o qual será indicado por setas nas figuras. •
QH
Gerador de vapor Turbina Bomba
Trabalho • WLíq
Condensador
•
QL
Fronteira do sistema
Figura 5.4
Motor térmico constituído por processos em regime permanente.
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