O rendimento desta máquina de Carnot é o máximo de uma máquina térmica que esteja trabalhando entre determinadas temperaturas entre quente e fria. Esse rendimento, no entanto, nunca chega aos 100%. Sendo que é a temperatura da fonte fria medida em Kelvin, e é a temperatura da fonte quente também medida em Kelvin.
Ciclo de Carnot: fórmula
Isso porque ela é fundamental para calcular o rendimento da máquina por meio da temperatura. Observe: R= 1 – T2 / T1, sendo que R é o rendimento, T1 é a temperatura da fonte quente e T2 é a temperatura da fonte fria.
O trabalho realizado pode ser calculado pela expressão: T = QQ – QF T = 4000 – 3000 ⇒ T = 1000 J.O rendimento da máquina pode ser assim obtido:Para obter o rendimento teórico máximo, é necessário que essa máquina opere em um ciclo de Carnot, cujo rendimento pode ser calculado:
O ciclo teórico de Carnot é formado por duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas. Uma das transformações isotérmicas serve para a temperatura da fonte quente, onde ocorre o processo de expansão, e a outra para a fonte fria, onde acontece o processo de compressão.
Podemos calcular o rendimento de uma máquina térmica se sabemos o quanto de trabalho ela produz (T) e o quanto de calor foi fornecido pela fonte quente (Q). Matematicamente, podemos expressar o rendimento (R) por: R=T/Q , que resulta sempre em um valor menor do que 1 ou 100%.
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O rendimento de um sistema é dado pela razão entre a potência útil e a potência total.
Há duas maneiras de calcular o rendimento térmico de uma caldeira, pelo método direto ou pelo método indireto. O método direto analisa o rendimento através da energia produzida na forma de vapor e o consumo de energia do combustível.
Eficiência do ciclo de Carnot
Em, a geral eficiência térmica , η th , de qualquer motor de calor é definida como a razão entre o líquido de trabalho que faz, W , para o calor de entrada a uma temperatura elevada, Q H .
De acordo com os postulados enunciados por Carnot, podemos ver a garantia de que o rendimento de uma máquina térmica é função das temperaturas das fontes quente e fria. Entretanto, fixando-se as temperaturas dessas fontes, a máquina teórica de Carnot é aquela que consegue ter o maior rendimento.
No Ciclo de Carnot o quociente da energia dissipada pela temperatura da fonte fria é igual ao quociente da energia útil pela temperatura da fonte quente. Ou seja, os calores trocados pelas fontes quente e fria são proporcionais às temperaturas das fontes quente e fria.
Quando a pressão exercida sobre o sistema não for constante, o trabalho poderá ser calculado pela área do gráfico de pressão em função do volume (P x V).
Durante a realização de um ciclo, o trabalho τ realizado pelo gás corresponde à soma algébrica dos trabalhos envolvidos em todas as etapas. No exemplo anterior, teríamos: τ = τ1 + τ2.
Este rendimento, que nunca excede a unidade (os 100%), é da ordem de 10% a 15% para as máquinas a vapor e de 80% a 90% para os motores elétricos. O rendimento térmico de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho fornecido pela máquina e o calor suportado pelo combustível.
O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas como visto, isto não é possível.
Os motores que usam o ciclo Diesel apresentam os maiores rendimentos das máquinas térmicas – cerca de 30% – enquanto os motores a gasolina, que geralmente utilizam o ciclo Otto, têm rendimento de até 20%.
O Ciclo de Carnot consiste em uma série de processos reversíveis que proporciona a obtenção de uma máquina térmica com o maior rendimento possível. ... Quanto maior o valor do rendimento η, maior é a eficiência da máquina térmica e menor é a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria.
Uma máquina de Carnot é o procedimento mais eficaz para produzir trabalho a partir de dois reservatórios térmicos. ... O cilindro contém uma certa quantidade de um gás ideal e a máquina funciona intercambiando calor entre duas fontes de temperaturas constantes .
I – Falsa. Mesmo tendo a máquina de Carnot, que possui o maior rendimento possível para uma máquina térmica, é impossível alcançar um rendimento de 100%, já que isso violaria a Terceira Lei da Termodinâmica.
A eficiência de um refrigerador é e = Q2 / (Q1 – Q2). Quando ela é máxima Q1 / T1 = Q2 / T2.
Qualquer máquina de Carnot operando entre um mesmo par de temperaturas Tc e Th possui a mesma eficiência, independentemente do gás ou material empregado na construção da máquina.
Exemplos práticos do dimensionamento de uma caldeira
O cálculo padrão da potência de uma caldeira é apresentado abaixo: Potência = Mv x hv – Mágua x hágua, onde: Mv = Massa de vapor produzida. hv = Entalpia do vapor.
Uma caldeira de 1.000 kg de CAPACIDADE de vapor por hora gasta tanto quanto uma caldeira de 2.000 kg de CAPACIDADE de vapor por hora, se ambas estiverem GERANDO por exemplo 500 kg de vapor por hora.
Não há limite físico para capacidades. Encontram-se hoje caldeiras que produzem até 750 t/h de vapor com pressões até 3450 atm. Para aplicação industrial, as capacidades variam da ordem de 15 a 150 t/h, com pressões até 90-100 bar.
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