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INTRODUÇÃO
IT 515 - Máquinas Térmicas
Profª Juliana Lobo Paes
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES
De que trata a Termodinâmica?
Ciência da Energia e da Entropia
Estuda a maneira como os corpos armazenam energia,
na forma de calor, para ser transformada em trabalho;
Propriedades das substâncias relacionadas a esta
transformação.
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES
Por que estudar a termodinâmica?
Os engenheiros utilizam os princípios da
Mecânica dos Fluidos, da Transferência de Calor
e da TERMODINÂMICA, para projetar sistemas
eficientes, econômico e de baixo impacto
ambiental.
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES
Qual a diferença entre a TERMODINÂMICA e
a TRANSFERÊNCIA DE CALOR?
TERMODINÂMICA interessa-se pelos estados inicial e
final de um processo.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR interessa-se em como o
calor é transferido e as taxas com que ocorre a
transferência de calor
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES
APLICAÇÕES DA TERMODINÂMICA
Usinas termoelétricas, geotérmicas;
solar e eólica - Turbinas a vapor;
Turbinas à gás
Célula combustível;
Refrigerador;
Bombas de calor;
Processos de pirólise, gaseificação;
combustão; e
Motores de combustão.
INSTALAÇÃO SIMPLES DE UMA CENTRAL
TERMOELÉTRICA
Ebulição da água
liquida a
alta pressão
Vapor d’ água
alta pressão
Expansão do
vapor d’ água
a pressão próxima
a do condensador
Água liquida a
baixa pressão
Transferência
de calor
Aumento da
pressão
INSTALAÇÃO SIMPLES DE UMA CENTRAL
TERMOELÉTRICA
ENERGIA SOLAR
ATERRO SANITÁRIO
Compressores de bombeamento do biogás
TURBINAS A GÁS
CONCEITOS
SISTEMA TERMODINÂMICO
VIZINHANÇA
FRONTEIRA
Quantidade de matéria com massa
e propriedade fixas
Tudo o que é externo ao sistema
SISTEMA FECHADO
Compreende uma quantidade de matéria, com massa e identidade fixa, porém calor e trabalho podem cruzar a fronteira do sistema.
SISTEMA ISOLADO
Aquele não influenciado pelo MEIO ou pela vizinhança, isto é calor e trabalho não cruzam a fronteira do sistema.
SISTEMA ABERTO
RESUMINDO:
Análise termodinâmica que envolve escoamento apenas de
energia (nas formas de calor e trabalho) através das
fronteira - sistema fechado.
Escoa, além de calor e trabalho, massa - volume de
controle (sistema aberto).
Estas figuras representam um sistema fechado ou aberto? Por que?
A linha tracejada representa um sistema ou um volume de
controle ?
Estas figuras representam um sistema fechado ou aberto? Por que?
A linha tracejada representa
um sistema aberto ou
fechado ?
ESTADO VS FASE DE UMA SUBSTÂNCIA
Mistura heterogênea
Biodiesel
Biodiesel
Glicerol
Mistura homogênea
Bioetanol
Álcool hidratado - 96% de etanol e 4% de água
Álcool anidro – 99,5% de etanol e 0,05% de água
Fase - porção de matéria que tem característica física uniforme e é homogênea no
que se refere à composição química
Estado - pode ser identificado por propriedades microscópicas da matéria
ESTADO VS FASE DE UMA SUBSTÂNCIA
Fase ou Estado?
.
PROCESSOS
EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO – sistema onde não se verifica mudanças nas propriedades Propriedades descrevem o estado de um sistema apenas quando ele está em equilíbrio
Como descrever o estado de um
sistema durante um processo? Processo Quase-Estático
Mudança de estado – valor de pelo menos uma propriedade de um sistema é alterado Processo – caminho definido pela sucessão de estados através o sistema percorre
Desvio do equilíbrio termodinâmico é infinitesimal
.
PROCESSOS
.
PROCESSOS
.
PROCESSOS
CICLOS
Ciclo Termodinâmico vs Ciclo Mecânico
PROPRIEDADE EXTENSIVA - depende da massa total do sistema
PROPRIEDADE INTENSIVA – INdepende da massa total do sistema. OBSERVAÇÃO: As propriedades extensivas por unidade de massa, como por exemplo VOLUME ESPECÍFICO, são propriedades intensivas.
PROPRIEDADES DE UMA SUBSTÂNCIA
Volume específico (volume por unidade de massa ):
kg
m,
ρ=
31υ
Mol – é a quantidade de matéria numericamente igual sua massa
molecular (M).
n – número de moles:
kmol/kg
kg,
M
m=n
kmol
m,M=v
3
mol
m .v,
3
Volume específico na base molar:
Massa específica (massa por unidade de volume ):
3m
kg
Pressão - razão entre a força normal e a
área em que atua.
Unidades:
Pa = N/m2; bar = 105 Pa; psi = lbf/in2
Obs.:
1 ft = 0,3048 m; 1 in = 0,0254 m
1lbm = 0,454 kg; 1 atm = 101,325 kPa
Princípio do teorema de Stevin
P1 = P2
De acordo com a figura:
P1 = Patm + ρ.g.h
Então: P1 = Pgás = Patm + Phid
Manômetros de pressão ou
de vácuo
Pressão manométrica ou
efetiva (Pman ou efet)
P man = Pabs – Patm
Pressão vácuo
P vácuo = Patm – Pabs
O que é temperatura?
Igualdade de temperatura
Lei Zero da Termodinâmica
TEMPERATURA
Escalas de temperatura
Tc = T - 273,15º
5Tf = 9Tc + 32º
Ponto Triplo da Água
Zero da escala kelvin - ZERO
ABSOLUTO - menor temperatura
possível que um corpo pode atingir
Relação para as escalas
Celsius e Kelvin:
Relação entre as escalas
Celsius e Fahrenheit
32+)C(T8,1=)F(T
67,459+)F(T=)R(T
15,273+)C(T=)K(T
)K(T8,1=)R(T
00
00
0
0
Exercícios
1) Mostre as seguintes relações:
2) Uma escala termométrica X relaciona-se com a escala Celsius
segundo o gráfico apresentado.
a) Estabeleça a fórmula de conversão entre as duas escalas;
b) Determine a temperatura registrada por um termômetro graduado na
escala X quando a temperatura for 50C. Resp.: 27,5 X
c) Determine que temperatura registra um termômetro graduado na
escala Celsius para um sistema em que o termômetro graduado na
escala X registra 10X. Resp.: -20C
d) Há uma temperatura em que os dois termômetros registram valores
coincidentes? Resp.: 20C
3) Um termômetro defeituoso fornece as leituras -0,3C no ponto do gelo e
100,2C na temperatura de ebulição. Determinar: a) a equação de correção
do termômetro, b) se o termômetro marcar 25 qual seria a temperatura
correta? Resp.: 25,174C, c) em que temperatura a leitura do termômetro é
isenta de erro? Resp.: 60C.
4) Uma variação de 1Celsius corresponde a uma variação de quantos
graus:
a) Farenheit. Resp.: 1,8
b) Kelvin. Resp.: 1
c) Rankine. Resp.: 1,8
LIVRO: FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA 6ª ED.
SONNTAG; BORGNAKKE; VAN WYLEN
CAPÍTULO 2
EXERCÍCIOS
2 39 60
4 40
72
6 46 76
11 51 78
23 53 86
FIM!
DÚVIDAS?