Figura 14 - Exemplo de atrito num processo
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)
Um processo reversível para um sistema é definido como aquele que, tendo ocorrido, pode ser revertido sem deixar qualquer vestígio no sistema e nas vizinhanças. O processos que não é reversível é denominado processo irreversível.
Na verdade, processos reversíveis não ocorrem na natureza, são meras idealizações de processos reais. Podem ser aproximados por dispositivos reais, mas não podem ser realizados.
Os processos reversíveis podem ser vistos como limites teóricos dos processos irreversíveis correspondentes. Dessa forma, pode-se considerar que alguns processos são mais irreversíveis que outros. Quanto mais próximo estiver um processo de ser considerado reversível, maior será o trabalho obtido ou menor será o trabalho consumido de um dispositivo produtor ou consumidor, respectivamente.
1.10.1 Fatores que tornam irreversível um processo
Há muitos fatores que causam irreversibilidades nos processos, por exemplo: atrito, expansão
não-resistida, mistura de dois fluidos, transferência de calor com uma diferença de temperatura finita, resistência elétrica, deformação inelástica de sólidos e reações químicas. Atrito é uma irreversibilidade associada a corpos em movimento, como num caso do pistão e cilindro da Fig.14, onde há uma força de atrito na direção contrária ao movimento. Neste exemplo, a energia fornecida na forma de trabalho é convertida em calor na interface de contato, mas quando a direção é invertida a interface não se resfria e o calor não é convertido em trabalho.
Em vez disso, mais trabalho é convertido em calor. Quanto maiores as forças de atrito, mais irreversível será o processo. O atrito pode ocorrer tanto entre dois corpos sólidos, como entre um fluido e um sólido e mesmo entre fluidos que se movimentem com diferentes velocidades.
Um gás ao se expandir preencherá o espaço em sua volta. A única maneira de restaurar o sistema é comprimi-lo até o volume inicial, e ao mesmo tempo transferir calor do gás até atingir a temperatura inicial. Para restaurar a vizinhança ao estado original, seria necessário converter todo esse calor em trabalho, o que violaria a segunda lei da Termodinâmica, portanto, expansão não resistida de um gás é uma irreversibilidade.
O processo apresentado na Seção 1.1 e ilustrado na Fig.1 ocorreu com a transferência de calor com uma diferença de temperatura finita. Depois de executados, tais processos não podem ser revertidos, espontaneamente, i.e., depois que uma xícara de café quente esfria, ela não se reaquece, recuperando ao ambiente o calor perdido. Mesmo que seja fornecido calor a xícara, ao final do processo inverso, a xícara terá voltado ao estado inicial, mas a vizinhança não.
Um processo é chamado de internamente reversível se não ocorrer nenhuma irreversibilidade internamente às fronteiras do sistema durante o processo, e de externamente reversível se não ocorrer irreversibilidade fora das fronteiras. Um processo é chamado de reversível se não existir nenhuma irreversibilidade dentro do sistema ou na vizinhança.
Considere o exemplo da Fig.15, um processo de transferência de calor para dois sistemas que passam por mudança de fase à pressão e temperatura constante. Os dois processos são internamente reversíveis, pois ambos acontecem de maneira isotérmica e passam exatamente pelos mesmos estados de equilíbrio. O primeiro processo é externamente reversível, pois a transferência de calor durante este processo acontece com uma diferença de temperatura infinitesimais dT. O segundo processo é externamente irreversível, pois envolve transferência de calor numa diferença de temperatura DT.
Figura 15 - Processos de transferência de calor
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)
Sumário geral
Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica
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