Marcelino termodinâmica

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Trabalho que apresenta conceitos básicos de termodinâmica.

Text of Marcelino termodinâmica

  • 1. CURSO:CURSO: TCNICO DE NVEL MDIOTCNICO DE NVEL MDIO SUBSEQUENCIAL EM MECNICASUBSEQUENCIAL EM MECNICA DISCIPLINA:DISCIPLINA: MQUINAS TRMICASMQUINAS TRMICAS ASSUNTO:ASSUNTO: TERMODINMICA

2. CONTEDO Conceitos Bsicos da Fsica; Transmisso de Calor; Termodinmica do Vapor; 3. CONCEITOS BSICOS DA FSICA FORA (F)Energianecessriaparacausaruma acelerao(a)aumcorpodemassa(m): F = m . aUnidade:Kgf PRESSO (P)Fora(F)queatuasobreaunidade desuperfcie(A)deumcorpo: P = F AUnidade:Kgf/cm; donde:F = P x A 4. CONCEITOS BSICOS DA FSICA VOLUME ESPECFICO (v)Volumeocupadopor umcorpocomdeterminadamassa(m). Unidade:m3 /Kg. TRABALHO (W)Aodeumafora(F)queagindo sobreumcorpo,desloca-odeumaposiod1para outrad2: d = d2 - d1 W = F x d x Cos W = P x A x d W = P x V Unidade: Kgf.m 5. CONCEITOS BSICOS DA FSICA TRANSMISSO DE CALOR CALORFormatransientedeenergia,transmitida deumcorpoquenteaumcorpofrio. ENERGIACapacidadedeproduzirtrabalho,atravs deumsistema. Astransformaesfsicasquasesempreso acompanhadasdevariaesenergticas. 6. PROPAGAO DO CALOR - Transfernciadecalor, queestrelacionadac/omovimentodostomos. PRINCPIOS DA TRANSMISSO DE CALOR: 1-tomossemovemmais lentamente em baixas temperaturasemais rapidamente em altas temperaturas. 2Calorsedeslocasempredocorpomais quente paraocorpo mais frio. 7. SENTIDO DO FLUXO DE CALOR 8. B A QUAL O SENTIDO DO FLUXO DE 9. QUAL O SENTIDO DO FLUXO DE B A 10. TRANSMISSO DE CALOR FORMAS DE PROPAGAO DE CALOR MAIS CONHECIDAS: a)CONDUO; b)CONVECO; c)RADIAO. 11. a)CONDUOFluxodecalordeumapartculaa outrasemqueasmesmastenhamquemudarde posio. 12. b)CONVECO-Fluxodecalorparaumfluidoem movimento,devidodiferenadepesosespecficos entreasmolculasdestemesmofluido. 13. IRRADIAOFluxodecalorpormeiodeondas eletromagnticas,(ondasdecaloroucalorradiante) 14. IRRADIAO-Processomaisimportantede propagaodecalor,poisatravsdeleocalordoSol chegaataTerra,semoqualnohaveriavidana Terra.Airradiaoocorretambmnovcuo. 15. ABSORO E REFLEXO Airradiao trmicaaoincidiremumcorpotemuma parteabsorvidaeoutrarefletidapelocorpo. Corpos EscurosAbsorvemamaiorparteda irradiaoqueincidesobreeles. PorissoumCorpo Preto,quandocolocadoaoSol, temsuatemperaturasensivelmenteelevada. Corpos Claros Refletemquasetotalmentea radiaotrmicaincidente. Porissoabsorvempoucocalor. 16. TRANSMISSO DE CALOR MEDIDA DO CALOR -PorQuantidadeouIntensidade. QUANTIDADE DE CALOR (Q)Medidadocalorcapaz dealteraraentalpia(h)deumasubstnciademassa(m), cujosefeitosfsicosobservveisso: VariaodePresso(CompressoeExpanso). VariaodeTemperatura(AquecimentoeResfriamento). VariaodeVolume(TrabalhoInternoeExterno). MudanadeEstado(EbulioeCondensao). CALOR ESPECFICO (c)Quantidadedecalorcapazde variarde1Catemperaturadeumasubstnciademassa (m): c = Qs m x tUnidade:Kcal/Kg.C 17. TRANSMISSO DE CALOR CALOR SENSVEL (Qs) Quantidade de calor capaz de variar a temperatura de uma substncia de massa (m) de t1 a t2, que tenha um calor especfico (c) constante, sem alterar o seu estado fsico: Qs = m x c x t Unidade.: kcal CALOR LATENTE (QL) Quantidade de calor capaz de mudar o estado fsico de uma substncia de massa (m) isotermicamente : QL = m x r Unidade: kcal r 539,6 kcal/kg Calor latente de evaporao da gua presso atmosfrica. CALOR TOTAL: CT = Qs + QL 18. TRANSMISSO DE CALOR INTENSIDADE DE CALOR Velocidade com que o calor pode ser absorvido ou fornecido por um corpo, cujo valor a temperatura. TEMPERATURA Intensidade de calor que um corpo possui em C, medida com um termmetro. ESCALAS TERMOMTRICAS: C = K 273; C = (F 32) 1,8 19. TERMODINMICA - Estudo das relaes entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados num processo fsico, envolvendo um corpo ou um sistema de corpos e o resto do universo (meio exterior). Exemplo: Um gs contido num cilindro provido de mbolo, ao ser aquecido, age com uma fora (F) sobre a rea (A) do mbolo, ocasionando uma variao de volume (V), devido ao seu deslocamento de uma posio (d1) para outra posio (d2). Assim o sistema (gs) recebe calor (Q1) do meio exterior e a fora (F) aplicada ao sistema realiza um trabalho (W) no meio exterior. 20. 1 LEI da TERMODINMICA Trata da conservao da energia: Q1 = W + Q2 Todas as formas de energias so mutuamente conversveis. A energia de um Sistema Fechado e Isolado permanece constante. ENERGIA INTERNA (U) Forma de energia armazenada em um sistema material. O seu valor absoluto indeterminado. O que se calcula a sua variao (U) num sistema, que depende somente das condies iniciais e finais: U = Q W 21. De Acordo c/ as Fronteiras, os Sistemas Podem Ser: ABERTOS: Separados do meio exterior por fronteiras fictcias ou permeveis a matria. Trocam energia e matria com o meio ambiente. Exemplo: frascos abertos, clulas, etc. FECHADOS: Separados do meio externo por fronteiras diatrmicas, rgidas ou flexveis. Embora no trocando matria, efetuam trocas de energia sob a forma de calor ou trabalho com o meio externo. Exemplo: frascos fechados, ferro de passar roupas, etc. ISOLADOS: No trocam nem calor, nem energia com o ambiente, encontrando-se separados mediante fronteiras adiabticas rgidas. Exemplo: Uma garrafa trmica hermeticamente fechada pode ser considerada (com certa aproximao) de um sistema isolado. (Netz, Ortega, 2002). 22. 1 LEI da TERMODINMICA TRABALHO EXTERNO (W): a) O volume do fluido varia isobaricamente, devido aduo de calor Q1: W = P x V b) O volume e a presso do fluido variam adiabaticamente devido Q: W = Q1 - Q2 23. 2 LEI da TERMODINMICA - Trata da disponibilidade de calor. Temperatura da fonte quente, superior a dos corpos circunvizinhos, d a medida da entropia (S) p/ a converso em trabalho: W = Q1 - Q2 Unidade: kcal/kg; 24. 2 LEI da TERMODINMICA Todo processo natural ou expontneo IRREVERSVEL. Assim, impossvel uma mquina cclica converter toda a energia (Q1) que lhe fornecida, pois grande parte da energia restante rejeitada sob a forma de calor no aproveitado (Q2), resultando num baixo rendimento trmico. RENDIMENTO TRMICO (t) Relao entre o trabalho (Wt) realizado por um sistema e a quantidade de calor (Q1) que lhe foi aduzido: t = 100% (Wt Q1) 25. TERMODINMICA ENTROPIA (S) Varivel de estado que depende de duas das trs variveis termodinmicas: Presso (P), Temperatura (T) e Volume (V). Unidade: Kcal/Kg.K 3 Aplicaes Principais da Entropia: 1) Como abcissa em um grfico do Ciclo de Rankine, no qual a transferncia de calor (Q1) representada por uma rea e a temperatura (T) a ordenada. 26. CICLO de RANKINE T-S 27. APLICAO DA ENTROPIA 2) Como um ndice da disponibilidade de energia trmica para converso em trabalho: a) Entropia positiva indica Aduo de Calor Isobrico (Q1), S3 S2 > 0. b) Entropia negativa indica Rejeio de Calor Isobrico (Q2), S1 S4 < 0. c) Entropia zero (S = 0) significa, nem adio, nem rejeio de calor, logo: Quando S1 = S2 S1 S2 = 0, um processo de Compresso Adiabtica Isoentrpica. Quando S3 = S4 S3 S4 = 0, um processo de Expanso Adiabtica Isoentrpica. 28. APLICAO DA ENTROPIA 3) p/ Determinar Contedo Especfico do Vapor Parte fracionria de vapor saturado seco em cada kg do vapor mido (mistura vapor + gua): X = (S4 S4) (S4 S4) P/ Lquido Saturado P/ Vapor Saturado Seco Contedo de Lquido no Vapor mido X = 0 X = 1 (1 X) 29. ENTALPIA (h) - Contedo calorfico de um corpo em relao a sua massa: Q = m x c x t/m h = cp . t Unidade: kcal/kg Calor Latente de Evaporao ou Condensao: r = h h Entalpia do vapor saturado seco no final da expanso: h 4 = h4 + (X.r---4)- 30. Observao: Geralmente a entalpia dada, em funo da presso ou da temperatura, numa tabela, na qual () significa lquido e () significa vapor. P/ variar a entalpia de um corpo, cada kg desse corpo dever receber ou ceder uma certa quantidade de calor, causando-lhe as seguintes transformaes termodinmicas em 4 fases, denominadas de Ciclo de Rankine: 31. TERMODINMICA DO VAPOR O VAPOR COMO FLUIDO PROPULSOR Fluido termodinmico no estado gasoso, sob determinada presso e temperatura, c/ entalpia (h) capaz de produzir trabalho (W) quando expandido adiabtica e isoentropicamente em uma turbina a vapor. 32. TERMODINMICA DO VAPOR FORMAO DO VAPOR: Quandoocalor(Q1)aduzidoisobaricamente guacontidaemumacaldeira,asuatemperatura aumentaatchegaraoPonto de Saturao,devido aoCalor Sensvel (Qs). Apartirda,devidoaoCalor Latente(Lv)comeaa vaporizaoporEbulio. Logo,apressoeatemperaturapermanecem constantesenquantohouverlquidoparaser transformadoemVapor Saturado. 33. Calor Sensvel FORMAO DO VAPOR Calor Latente 34. VAPOR SATURADO DIAGRAMA TEMPERATURA X ENTALPIA AnteriormentefoivistoodiagramaTemperatura x Entropiap/astransieslquido/vaporsaturadoe vaporsaturado/vaporsuperaquecidop/agua. Osmesmosprocessospodemserapresentadosnum Diagrama Temperatura x Entalpia. Afiguraapresentaogrficoaproximadop/agua. Emboranosejamiguais,osaspectosdeambosos diagramasguardamalgumasemelhanaentresi. Oparmetroxomesmovistonoreferidotpico: X = massa de vapor saturado / massa total (gua + vapor saturado). 35. Esseparmetropodeserentendidocomoum NDICE DE QUALIDADEDO VAPOR. Vapor Saturadoumdosmeiosmaisfcildeobter aquecimentoemlargaescala. Facilmenteproduzidoporgeradores(caldeiras). Caldeiraspodemserprojetadasp/usarocombustvel maisconvenienteouomaisdisponvel. Adistribuiodovaporsimples,usabasicamente tubulaes. Poresseseoutrosfatores,amplamenteempregado naindstria. 36. Caldeira ideal produziria vapor saturado c/ X = 1. Naprtica,turbulnciaseformaodebolhas provocamoarrastedegua. Apresenadeguaprejudicialporquereduza quantidadedevapordisponvelparaaquecimento. Umainstalaotpicaembomestadodeveproduzir vaporcomcercade5%degua,ouseja,X 0,95. 37. Observandoodiagramadafigura: LinhasHorizontaisindicampresso constante. Usa-seumadelasp/analisaraformaodovapor: Supe-sequeorecipienteondeaguaseencontra estnapressodalinha BCD. Seaguainicialmenteestnoponto A,o aquecimentoelevasuaentalpiaatomximo possveldolquidop/aquelapresso(hB hA). Ponto Bmarcaoinciodavaporizao,ouseja,