Define-se como ciclo termodinâmico a sequência repetitiva de transformações físicas produzidas por um sistema a fim de realizar trabalho. Os ciclos termodinâmicos são a base do funcionamento de motores de calor, que operam a maioria dos veículos no mundo. Veja alguns exemplos de ciclos termodinâmicos e os tipos de motores de calor que os mesmos representam:
Conteúdo deste artigo
Ciclo de Carnot
O ciclo de Carnot, proposto pelo engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, é considerado um ciclo termodinâmico ideal, representando apenas o funcionamento teórico de uma máquina. Este ciclo reversível é formado por duas transformações isotérmicas, que se alternam com duas transformações adiabáticas. Todas as trocas de calor são isotérmicas neste ciclo.
Até hoje ainda não foi possível desenvolver uma máquina de Carnot, ou seja, uma máquina que opere sob o ciclo de Carnot, uma vez que, seu rendimento corresponde ao máximo que uma máquina térmica pode atingir, operando entre determinadas temperaturas de fonte quente e fonte fria. Assim, para chegar próximo ao sistema isotérmico, um processo real desse ciclo teria que ser muito lento e isso inviabilizaria seu uso.
Por representar o ciclo mais básico da Termodinâmica, a máquina de Carnot é utilizada apenas como um comparativo, que mostra se uma máquina térmica tem ou não um bom rendimento.
Ciclo de Otto
O ciclo de Otto idealiza o funcionamento de motores de combustão interna, que operam grande parte dos veículos automotores movidos a álcool, gasolina ou gás natural. Neste tipo de motor, o calor captado pelo ciclo é proveniente de uma reação de combustão, que acontece no interior do motor. Uma faísca provoca a ignição da combustão e com isso, os gases produzidos na reação são utilizados para realizar trabalho.
Assim como nenhum outro ciclo termodinâmico, o ciclo de Otto não é tão eficiente quanto o ciclo de Carnot, visto que sua eficiência depende diretamente das propriedades do fluido, como, por exemplo, o calor latente de evaporação e a energia interna.
Ciclo de Diesel
O ciclo de Diesel representa o funcionamento de outro tipo de motor de combustão interna: o motor movido a diesel. A principal característica deste ciclo é o fato da combustão ser provocada pela compressão da mistura de combustível com o ar (sem faísca). Isso ocorre porque nesse tipo de motor não existe a vela (o dispositivo que causa a faísca), ao contrário dos motores movidos a gasolina, por exemplo.
Ciclo Rankine
O ciclo Rankine é o ciclo termodinâmico que representa de forma idealizada o funcionamento das máquinas a vapor, ou seja, de um motor que opera através da transformação de energia térmica em energia mecânica. Tal processo baseia-se no fato de que um gás se contrai ao condensar e se expande quando evapora, de forma a realizar trabalho mecânico. Sendo assim, neste ciclo existe uma transição de fases: condensação e evaporação.
Ciclo de Stirling
O ciclo de Stirling idealiza o funcionamento de um motor de combustão externa. Esse ciclo é o mais simples, uma vez que é composto apenas por duas câmaras que oferecem temperaturas diferentes, de maneira que o gás seja resfriado alternadamente. Este ciclo é o que mais se parece com o ciclo de Carnot. As máquinas térmicas que operam com base no ciclo de Stirling apresentam um rendimento maior do que aquelas operadas com base no ciclo de Otto ou de Diesel.
Pode-se concluir, então, que um ciclo termodinâmico é uma série de processos repetitivos realizados por um fluido, que pode ser um gás ou um líquido, para produzir trabalho.
Referências:
http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclos_termodinamicos.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A2mico
http://cursos.unisanta.br/quimica/private/APOSTILA-TERMO.PDF
http://fig.if.usp.br/~amtramos/termo/GAB_classe6b.pdf
Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/ciclos-termodinamicos/