Ficha Formativa N2_maquinas

Cursos de Educação e Formação de Adultos ESCOLA SECUNDÁRIA DE JÁCOME RATTON Nível Secundário – Turmas A1/A2/A3 TOMAR NÚCLEO GERADOR: EQUIPAMENTOS E SISTEMAS TÉCNICOS (EST) Domínio de Referência: STC no contexto profissional TEMA: Equipamentos Profissionais NOME: _________________________________________________________________ N.º: ________

Ficha de Trabalho n.º 2: Rendimento de máquinas térmicas e eficiência de máquinas frigoríficas Quando ocorre um processo irreversível, a energia do Universo não se altera; no entanto, parte desta energia não pode ser utilizada para produzir trabalho útil, existindo degradação de energia. O Homem, para poder aproveitar as fontes de energia que existem na Natureza, inventou máquinas.

•

Máquinas térmicas As máquinas térmicas são sistemas que ao receberem energia sob a forma de calor são capazes

de realizar trabalho. Uma máquina térmica é um dispositivo que transfere energia, sob a forma de calor, de uma fonte com temperatura mais elevada para outra com temperatura mais baixa, convertendo uma parte em energia útil, sendo a restante transferida para a sua vizinhança. Uma máquina térmica funciona ciclicamente, ou seja, volta sempre à sua posição inicial. Na figura 1, está representada, esquematicamente, uma máquina térmica.

Fonte quente

Em que:

Qq

Qq – Energia recebida da fonte quente, sob a forma de calor. Qf – Energia recebida pela fonte fria, sob a forma de calor.

Sistem

W – Energia transferida, sob a forma de trabalho.

W Figura 1

Qf

Fonte fria Analisando o esquema anterior, podemos tirar as seguintes conclusões: •

Há transferência de energia da fonte quente para a fonte fria.

•

No funcionamento da máquina nem toda a energia recebida da fonte quente é aproveitada para realizar trabalho.

Por uma questão de convenção de sinais, a energia que se fornece ao sistema é positiva e a energia que o sistema cede à vizinhança é negativa. Observando o esquema anterior verifica-se que:

W <0

Qq > 0

Qf < 0

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De acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica, conclui-se que é impossível converter completamente calor em trabalho. O objectivo de uma máquina térmica é converter a maior quantidade de calor em trabalho útil, diminuindo a quantidade de calor transferido para a vizinhança, pois, dessa forma, não poderia ser recuperado para a realização de trabalho. A quantidade de energia que é aproveitada, sob a forma de trabalho por uma máquina, é dada pelo rendimento da máquina, η - que é o quociente entre a energia que a máquina pode utilizar sob a forma de trabalho e a energia que recebe da fonte quente, sob a forma de calor.

η (%) =

W Qq

× 100

Como o calor é transferido da fonte quente para a fonte fria, temos:

W = Qq − Q f

•

Máquinas frigoríficas As máquinas frigoríficas recebem trabalho para obter um fluxo de calor de uma fonte fria para

uma fonte quente (figura 2).

Fonte quente A eficiência da máquina frigorífica é o quociente entre a energia retirada à máquina, como calor, da fonte fria (Qf), e a energia que a máquina recebe como trabalho (W):

ε=

Qf

Qq

Sistema

W

W

A eficiência de uma máquina frigorífica é sempre maior do que 1. A eficiência normal de uma máquina frigorífica é de 5.

Qf

Fonte fria

Figura 2

Num frigorífico há um fluxo de calor do interior do frigorífico (fonte fria) para o exterior a temperatura mais elevada (fonte quente). O calor é transportado pelo fluido de refrigeração (fréon – difluorodiclorometano -

CCl 2 F2 ), o qual circula (ciclicamente, como líquido ou como vapor) devido ao trabalho executado pelo motor do frigorífico. O fréon gasoso é comprimido no compressor, passando ao estado líquido no condensador (serpentinas colocadas na parte de trás do frigorifico). Neste processo há libertação de calor para o ambiente. O fréon líquido entra no vaporizador, onde passa de novo ao estado gasoso à custa da energia térmica que recebe do ar e dos alimentos que se encontram no congelador.

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QUESTÕES A) Máquina térmica 1. Represente um esquema de uma máquina térmica, indicando todas as partes que a constituem, bem como os fluxos de energia que ocorrem durante o seu funcionamento.

2.

Quais dos fluxos de energia assumem valores positivos ou negativos, de acordo com a convenção de sinais para as entradas e saídas num sistema termodinâmico?

3.

Uma máquina térmica funciona entre duas fontes a temperaturas diferentes, recebendo da fonte quente 10000 J e cedendo à fonte fria 7500 J. 3.1. Calcule o trabalho realizado por esta máquina.

3.2.

Determine o seu rendimento.

B) Máquina frigorífica 1. Represente um esquema deste tipo de máquina, indicando todas as partes que a constituem, bem como os fluxos de energia que ocorrem durante o seu funcionamento.

2. Quais dos fluxos de energia assumem valores positivos ou negativos, de acordo com a convenção de sinais para as entradas e saídas num sistema termodinâmico?

3.

Uma máquina frigorífica tem uma eficiência térmica de valor 5. Sabendo que o motor eléctrico lhe fornece 5 kJ de energia, determine: 3.1. A energia recebida da fonte fria.

3.2. A energia cedida à fonte quente.

FIM.

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