Rendimento das máquinas térmicas q5414

Máquinas térmicas são dispositivos que convertem parcialmente energia térmica e química contidas em suas substâncias, tais como gases aquecidos, vapor de água ou gasolina, em trabalho. Exemplo: todos os tipos motores de combustão interna e as máquinas movidas a vapor. 41131f

Rendimento das máquinas térmicas q5414

O rendimento das máquinas térmicas é uma grandeza adimensional dada pela razão entre a quantidade de trabalho mecânico extraído de uma máquina térmica e a quantidade de energia fornecida a ela em forma de calor.

Quanto maior o rendimento de uma máquina, maior será sua eficiência. Em outras palavras, uma máquina térmica eficiente é aquela que produz mais trabalho consumindo menor quantidade de recursos energéticos. Os motores de combustão interna, usados para impulsionar veículos como motocicletas, carros, caminhões e até mesmo aeronaves, são projetados para ser cada vez mais eficientes e poluir menos. Essas máquinas térmicas usam como fonte de energia o calor obtido pela queima de combustíveis fósseis como gasolina, óleo diesel, álcool ou querosene de aviação.

Além disso, as transformações termodinâmicas sofridas pela substância de trabalho são cíclicas, isto é, ao final de cada ciclo voltam a apresentar os mesmos valores de Pressão, Volume e Temperatura. Em decorrência disso, e de acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, o trabalho obtido por uma máquina térmica é dado pela diferença entre a quantidade de calor fornecida para o funcionamento da máquina (Q_q) e a quantidade de calor que a máquina rejeita (Q_f) para a sua fonte fria (que pode ser o meio externo):

Mapa Mental: Máquinas Térmicas 5y4b2s

* Baixe o mapa mental sobre máquinas térmicas!

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%.

Rendimento das máquinas térmicas ideais 1d6q1h

As máquinas térmicas ideais, também conhecidas como máquinas de Carnot, são teóricas e operam de acordo com o ciclo de Carnot. O clico de Carnot apresenta quatro etapas: duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas. Essas transformações são, respectivamente, extremamente lentas e extremamente rápidas, tornando esse ciclo impraticável em máquinas reais. No entanto, as máquinas reais são projetadas de forma que o seu ciclo de operação se assemelhe ao máximo ao ciclo de uma máquina ideal, de forma a apresentar o maior rendimento possível.

O rendimento das máquinas térmicas ideais pode ser calculado pela seguinte equação:

Na equação apresentada acima, T_f é a temperatura da fonte fria, também chamada de resfriadouro ou sorvedouro, e T_q é a temperatura da fonte quente. É importante ressaltar que as temperaturas envolvidas nesses cálculos devem sempre estar expressas em Kelvin.

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física