05 termodinamica

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Segunda Lei da Termodinmica Enunciados Identificando Irreversibilidades Aplicaes em Ciclos Termodinmicos Anlise de 2 Reservatrios Ciclo de Carnot Desigualdade de Clausius

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  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Sumrio Segunda Lei da Termodinmica Enunciados Identificando Irreversibilidades Aplicaes em Ciclos Termodinmicos Anlise de 2 Reservatrios Ciclo de Carnot D i ld d d Cl iDesigualdade de Clausius 24/09/2009 15:31Termodinmica Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 1

2. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Introduo1 Lei da Termodinmica Conservao de Energia durante um processo.2 Lei da Termodinmica: Sentido dos processos Qualidade da energiaUm processo s ocorre se respeitar a 1 e a 2 Lei. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 2 3. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Sentido dos processos pTi > T 0: Diminuio de energia interna do corpo aumento deenergia interna da vizinhana. O processo iinverso nunca ocorre espontaneamente.Processo inverso: Diminuio da energia interna da vizinhana paraaquecimento do corpo de T0 at Ti 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 3 4. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Sentido dos processos ppi > p0: O ar escoa-se espontaneamente das presses mais altaspara as mais baixas. O processo i inverso nunca ocorre espontaneamente.Processo inverso: O ar no se escoa espontaneamente da vizinhana presso po para o reservatrio presso pi 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 4 5. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Sentido dos processos pzi > 0: A massa suspensa a uma cota zi cai quando o cabo cortado O processo i inverso nunca ocorre espontaneamente.Processo inverso: A massa no se eleva espontaneamente para a cota zi 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 5 6. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Processos InversosOs processos inversos necessitam de um dispositivopara voltar ao estado i i i l ltt d inicial. objeto reaquecido at a temperatura inicial ar pode voltar ao depsito inicial. massa pode ser levantada at a sua posio inicial.Em nenhum dos casos houve violao da 1 Lei da Termodinmica.Termodinmica 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel6 7. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA 2 Lei da Termodinmica A 2 Lei da Termodinmica permite definir o sentido dosprocessos.processos Um processo s ocorre se forem respeitadas a1 Lei e 2 Lei. Quando abandonamos um sistema ele tendeespontaneamente para o equilbrio com a vizinhana. rapidamente como em algumas reaes qumicas. em alguns minutos (gua com gelo) em anos: b barra d f de ferro se d f desfazendo pelo efeito d f dl f it da ferrugem.A 2 Lei no est limitada identificao do sentido dos processos. Ela estabelece se a energia contm qualidade e quantidade para isso.24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 7 8. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE Reservatrios de CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAenergia trmicagCapacidade trmica = calor especfico x massa = kJ/kg K x kg = kJ/K kJ/kg.KCapacidade trmica elevada: pode receber grandes quantidades de calor sem aumentar a suatemperatura.Pode ser conseguido de trs modos:gMassa elevada: grandes volumes:oceanos, lagos,oceanos lagos rios e atmosferaatmosfera.Calor especfico elevado: substncia emmudana de fase: sub. em fuso; guacondensao/evaporao.Caldeira: temperatura constante. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel8 9. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE Reservatrios de CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAenergia trmicag Reservatrio que fornece energia sob aforma de Calor : FONTE ou FONTE QUENTE.Reservatrio que recebe energia sob aforma de Calor : POO ou FONTE FRIA. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel9 10. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAMquinas trmicasq O trabalho pode ser facilmente convertido em calormas o iinverso s acontece utilizando uma M i ttili dMquinaTrmica: 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel10 11. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE Caracterizao de uma CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAMquina Trmica q Recebe calor de uma fonte quente (temperatura elevada);Convertem calor em trabalho geralmente em um eixo.Rejeitam calor para uma fonte fria fria.Funcionam em ciclo F i i lFluido para o qual transferido calor fluido caloportadorcaloportador. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 11 12. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE A verdadeira CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Mquina Trmica q O termo Mquina Trmica por vezes utilizado emsentido l t ou seja, ditid lato,j dispositivos que produzem iti dtrabalho a partir de calor Turbina a gs e Motor deAutomvel.A t l No funcionam em um ciclo termodinmico.Funcionam em um ciclo mecnico. Mquina Trmica por excelncia : Central Trmica a q pVapor 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel12 13. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICACentral trmica a vaporp Qadm= quantidade de energia transferida na caldeira, soba forma de calor para o fluido operante calor, operante. Qsai= quantidade de energia transferida, sob a forma decalor, do fluido operante para uma fonte a baixatemperatura Wadm= quantidade de energia fornecida p fluido, sob aq gpeloforma de trabalho, na turbina. Wsai= quantidade de energia fornecida ao fluido, sob aforma de trabalho, na bomba Qadm, Qsai, Wadm, Wsai so tudo quantidades positivas. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 13 14. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICACentral trmica a vaporp Cada um dos quatro componen- tes um sistema aberto.aberto Todos os componentes so atravessados pelo mesmo fluxo mssico.Wlquido= Wsai Wentra= WoutWinWWQlquido= Qentra Qsai =QinQout O conjunto de todos os componentes um sistema fechado: U = Qlquido Wlquido = 0Qlquido=Wlquido = Qentra Qsai 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel14 15. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPERelembrando... CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICARendimento trmico Wlquido = Qentra Qsai; se Qsai > 0 Wlquido < Qentra24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 15 16. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE O que acontece CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAenergia que sai?g q As Centrais Trmicas desperdiam, no condensador,grandes quantidades d calor para os ld tid d de llagos, rios, etc.i t Ser possvel reaproveitar essa energia? A resposta clara: NOExemplo: Mquina Trmica ppq para elevar p pesosTi=30 C QIN=100 kJ; TQ=100 CC, CWliq= 15 kJ = Ep; Tfinal= 90 CSer possvel transferir novamente transferir, novamente, 85 kJ para a fonte a 100 C ? A resposta : NO24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel16 17. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICASegunda lei da termodinmicag Enunciado de Kelvin-Planck impossvel a qualquer sistema que funcione em um ciclo termodinmico fornecer uma quantidade lquida detrabalho vizinhana recebendo energia apenas de umsimples reservatrio. 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 17 18. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA Enunciado de Kelvin-PlanckKelvin- Todas as mquinas trmicas desperdiam energia. Uma mquina trmica nunca tem um rendimento de100%.100% Para uma central trmica funcionar tem que trocarcalor com o meio ambiente e uma caldeira caldeira. Rendimento < 100% nada tem a ver com atrito oudissipao. O rendimento depende apenas da temperaturas dafonte fria e da fonte quente24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 18 19. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPEEnunciado de Clausius CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA((1 Corolrio) )Enunciado de Clausius (1 Corolrio) i impossvel a qualquer sistema f i llitfuncionar d t l de talmodo que o nico resultado seja a transferncia deenergia de um corpo frio para um corpo quente quente. mais intuitivo que o de Kelvin-Planck Kelvin-Planck. A energia, sob a f ib forma d calor, nunca fl ide lfluiespontaneamente das temperaturas mais baixas paraas mais altas necessrio um equipamento para o altas.calor fluir das baixas para as altas temperaturas: compressor no ciclo frigorfico de compresso compresso. adio de calor no ciclo de absoro. Os enunciados de K l in Pl nck e d Cl usius s postulados equivalentes. nunci d s d Kelvin-Planck de Clausius so p stul d s qui l nt s 24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 19 20. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPEMquina de movimento CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICAp pperptuo de 2 espcie p Todo o calor produzido transformado em trabalho. trabalho Existem perdas e o rendimento de 80%.Saldo de energia para o exterior : g pEx: Central Trmica sem condensador. Qadm > Wbalano.Respeita a 1 LeiViola a 2 Lei da Termodinmica (Ausncia de Fonte Fria)24/09/2009 15:31Termodinmica - Aula 4 - Prof. Douglas Bressan Riffel 20 21. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE Processos reversveis e CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NCLEO DE ENGENHARIA MECNICA irreversveis Qual o rendimento mximo possvel para umamquina t i ? i trmica? Processo