_Hinrichs_Kleinback

Cap. 4 Calor e Trabalho 97
exemplo comum de máquina térmica é a turbina a vapor, como as utilizadas para
geração de eletricidade (veja a Figura 3.3). O fluido de trabalho neste sistema de ciclo
é a água, nos estados líquido e vapor. Calor é transferido do combustível sendo
queimado para a água na caldeira, elevando sua energia e transformando-a em vapor. O
vapor movimenta as pás ou aletas da turbina, fornecendo parte de sua energia para girar o
eixo. No condensador, o vapor é condensado para a fase líquida, enquanto parte de sua
energia transferida à água que se resfria e liberada para o ambiente. A água e, finalmente,
bombeada a uma alta pressão e retornada à caldeira. (O calor necessário à operação desta
ba do gerador a turbina.) Para o sistema gerador completo, o balanço de energia é
consequência da primeira lei da termodinâmica:
O trabalho realizado pelo sistema vem da diminuição delta E da energia do vapor; quanto
maior o delta E atingido, mais trabalho a turbina pode realizar. Este é o maior motivo para a
ça do condensador. Ele representa uma região de baixa temperatura em que o vapor
ondensar a líquido a baixa pressão (menor do que a atmosférica), portanto, fazendo
que o delta E da água seja grande. O líquido também é muito mais facilmente bombeado
(requer menos energia) de volta à caldeira do que seria se fosse um gás.
Apenas uma fração da energia contida em um combustível é convertida em trabalho
útil. Iremos detalhar a apresentação do Capítulo 3 sobre eficiências de conversão de energia,
I veremos que as máquinas têm limites teóricos em suas eficiências. Isto resulta em "poluição
térmica": a adição de calor indesejado ao meio ambiente, principalmente às águas naturais.
Conforme vimos no Capítulo 3, aproximadamente dois terços da energia química
contida no combustível que entra em uma usina elétrica movida a combustível fóssil acaba
se transformando em calor improdutivo descartado.
Existem diversos tipos de máquinas térmicas, algumas das quais estão listadas na
Tabela 4.3. Elas se caracterizam pelo tipo de ciclo a que o fluido de trabalho é submetido. Um
ciclo em que o fluido de trabalho sofre mudança de estado, como no circuito de uma turbina
a vapor, é chamado de ciclo a vapor ou ciclo Rankine. Um ciclo em que o fluido de trabalho
se mantém no estado gasoso é chamado de ciclo a gás (geralmente o fluido é um gás quente,
que não deve ser confundido com o combustível gás natural). Motores 7 de ciclo a gás podem
ser de combustão interna ou externa, o que depende de o combustível ser queimado dentro
ou fora da câmara onde se gera a potência. Motores de ciclo Rankine são sempre dispositivos
de combustão externa. Motores a combustão externa do tipo turbina a gás são largamente
empregados em aeronaves e motores marinhos, bem como em unidades utilizadas durante
picos de consumo em usinas geradoras de eletricidade. Com a abundância atual do gás natural,
sua utilização tende a aumentar. O tipo mais comum de motor a combustão interna é o
motor de automóvel, por ignição com faísca, que utiliza o ciclo "Otto".
Tabela 4.3
EXEMPLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS
Ciclo a vapor ou Rankine
Ciclo a gás
Máquinas a vapor (usina elétrica, velhas locomotivas)
Bomba de calor de refrigeradores (usando Freon)
Combustão interna: Otto, ciclos a diesel (automóveis, caminhões)
Combustão externa: turbina a gás (aviões), ciclo Stirling
7 N.T.: A expressão original é "engine" (motor), mas referindo-se a "thermal engine". que em português é
conhecido como máquina térmica. Entretanto, algumas expressões em português usam o termo motor, como
em motor a combustão interna. Usaremos sempre o termo mais largamente empregado em português.