Termodinâmica endoreversível - Endoreversible thermodynamics

A termodinâmica endoreversível é um subconjunto da termodinâmica irreversível que visa fazer suposições mais realistas sobre a transferência de calor do que normalmente são feitas na termodinâmica reversível . Ele fornece um limite superior para a energia que pode ser derivada de um processo real que é inferior ao previsto por Carnot para um ciclo de Carnot e acomoda a destruição de exergia que ocorre à medida que o calor é transferido irreversivelmente.

A termodinâmica endoreversível foi descoberta em trabalhos simultâneos de Novikov e Chambadal, embora às vezes erroneamente atribuída a Curzon & Ahlborn.

Motor Novikov

Motor Novikov apresentando transferência de calor irreversível entre T_H e T_iH, acoplado a um ciclo de Carnot operando entre T_iH e T_C.

Uma equação para a eficiência de uma máquina térmica semi-ideal operando com potência máxima na qual a transferência de calor é irreversível, mas outros componentes são ideais, pode ter a seguinte forma, que é a eficiência Chambadal-Novikov :

No limite de saída de potência infinitesimalmente pequena, o resultado de Carnot padrão para eficiência é recuperado. Para alguns ciclos típicos, a equação acima (observe que as temperaturas absolutas devem ser usadas) fornece os seguintes resultados:

Usina elétrica (° C) (° C) (Carnot) (Endoreversível) (Observado)
Usina termoelétrica a carvão de West Thurrock ( Reino Unido ) 25 565 0,64 0,40 0,36
Usina nuclear CANDU ( Canadá ) 25 300 0,48 0,28 0,30
Usina geotérmica de Larderello ( Itália ) 80 250 0,33 0,178 0,16

Como mostrado, a eficiência endoreversível modela muito mais de perto os dados observados. No entanto, esse motor viola o princípio de Carnot, que afirma que o trabalho pode ser feito a qualquer momento que houver uma diferença de temperatura. O fato de os reservatórios quente e frio não estarem à mesma temperatura do fluido de trabalho com o qual estão em contato significa que o trabalho pode e é feito nos reservatórios quente e frio. O resultado é equivalente a unir as partes de alta e baixa temperatura do ciclo, de modo que o ciclo entre em colapso. No ciclo de Carnot, é estritamente necessário que o fluido de trabalho esteja nas mesmas temperaturas dos reservatórios de calor com os quais está em contato e que sejam separados por transformações adiabáticas que evitem o contato térmico. A eficiência foi derivada pela primeira vez por William Thomson em seu estudo de um corpo aquecido de forma desigual, no qual as partições adiabáticas entre os corpos em diferentes temperaturas são removidas e o trabalho máximo é executado. É bem sabido que a temperatura final é a temperatura média geométrica de modo que a eficiência é a eficiência de Carnot para um motor funcionando entre e .

Devido à confusão ocasional sobre as origens da equação acima, às vezes é chamada de eficiência Chambadal-Novikov-Curzon-Ahlborn .

Veja também

Uma introdução à termodinâmica endoreversível é dada na tese de Katharina Wagner. Também é introduzido por Hoffman et al. Uma discussão completa do conceito, junto com muitas aplicações em engenharia, é fornecida no livro de Hans Ulrich Fuchs.

Referências