_Hinrichs_Kleinback

Cap. 4 Calor e Trabalho 101
mos definir mais tarde nesta seção), a eficiência máxima possível de uma máquina
operando entre uma caldeira à temperatura de T H
e um sorvedouro frio ou condensador a
uma temperatura T C
é dada por
(Para que esta equação esteja correta, as temperaturas devem ser expressas na escala absoluta
ou Kelvin. Lembre-se de que K = °C + 273.) Nós nunca podemos fazer melhor do que
isso, e o fato é que sempre fazemos pior. No mundo real, a maioria das máquinas térmicas
opera com metade ou dois terços da eficiência de Carnot.
EXEMPLO
Em uma usina geradora de energia a ciclo de vapor convencional, a
temperatura do vapor que entra na turbina é de 540°C ou 813 K. A
temperatura do reservatório frio (a água de refrigeração) é de 20°C ou
293 K. Qual é a eficiência máxima possível desta máquina térmica?
Solução
Se a eficiência verdadeira da usina é de 35% (um valor típico), então ela estará
operando a 0,35/0,64 = 55% da eficiência de Carnot.
Da expressão para a eficiência, podemos deduzir que queremos usar as temperaturas
mais extremas possíveis para operarmos uma máquina a vapor. Um dos maiores avanços
no desenvolvimento da máquina a vapor foi a adição de um condensador de baixa temperatura
por James Watt. Antes deste avanço, o vapor era descartado após passar pela
turbina. Infelizmente, o vapor saindo à pressão atmosférica e a 100°C era bastante energético.
Se um condensador fosse adicionado, operando a pressão reduzida, a condensação
poderia ocorrer a uma temperatura T c
mais baixa (tão baixa quanto a temperatura ambiente),
e a eficiência da máquina a vapor aumentaria por um fator de quase 2. (A água irá
ferver e condensar em temperaturas menores que 100°C a pressões mais baixas do que a
observada ao nível do mar.)
O Caso Ideal: Reversibilidade
A eficiência máxima de um processo de conversão de energia é atingida quando o processo
é completamente reversível, ou seja, o processo reverso é possível de acordo com a
segunda lei (um processo em que isto não é possível é chamado de irreversível). Em um
processo reversível, tudo é restaurado ao seu estado original - não há efeito líquido sobre a