Ciclo de Carnot

O ciclo de carnot foi desenvolvido pelo engenheiro Sadi Carnot, em 1824, em seus estudos sobre as máquinas térmicas. Ele consiste em um ciclo reversível e ideal executado por uma máquina térmica ideal com o objetivo de transformar de calor em trabalho da forma mais eficiente possível, a partir de transformações termodinâmicas em um fluido de trabalho.

Etapas do Ciclo de Carnot

O gráfico de pressão versus volume do Ciclo de Carnot tem essa carinha aqui:

• : Expansão isotérmica - Nessa etapa não há troca de calor com o ambiente. Porém o volume diminui, a pressão aumenta e a temperatura aumenta até chegar na temperatura da fonte quente .

• : Expansão adiabática - Essa etapa acontece no evaporador, nela o volume do fluido aumenta, mantendo a temperatura.

• : Compressão isotérmica - Essa etapa ocorre em uma turbina, nela o fluido se expande até a temperatura final sem perder calor;

• : Compressão adiabática - O gás retorna a condição inicial ao comprimir se adiabaticamente, perdendo calor.

É bom lembrar que quando trabalhamos com transformações gasosas utilizamos a Lei dos Gases Constantes, que informalmente chamamos de “PiViTi, PóVóTó”:

Onde:

• e são as pressões iniciais e finais
• e são os volumes iniciais e finais
• e são as temperaturas iniciais e finais

Ciclo de Carnot - Rendimento

Para calcular o rendimento de uma máquina que opera dentro do ciclo de Carnot, utilizamos a fórmula:

Onde:

• é o rendimento, que sempre será um número entre 0 e 1 ;
• é a temperatura final em ;
• é a temperatura inicial em .

Observando a fórmula acima, podemos perceber que para que o rendimento seja igual a é necessário que seja igual a zero. Para isso acontecer teríamos que ter a temperatura final igual a , ou seja o zero absoluto.

Exemplo: Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina a vapor, cujo fluido entra a e abandona o ciclo a ?

Temos a temperatura inicial, final e o problema pede o rendimento máximo teórico. Então usamos a fórmula de eficiência do ciclo de Carnot:

Substituindo os dados:

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