Apostila Termodinamica

Download Apostila Termodinamica

Post on 16-Jul-2015

453 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>TERMODINMICA E TRANSMISSO DE CALOR</p> <p>TRABACHINI PROF. ALDIE TRABACHINI 2009 2009</p> <p>1</p> <p>SUMRIO: DEFINIES DE ALGUMAS GRANDEZAS E CONCEITOS.................................... 6 LEI ZERO DA TERMODINMICA ............................................................................ 10 PRIMEIRA LEI DA TERMODINMICA.................................................................... 10 CONCEITO DE ENTALPIA ......................................................................................... 12 CALOR ESPECFICO ................................................................................................... 12 SEGUNDA LEI DA TERMODINMICA.................................................................... 14 TRANSFORMAES REVERSVEIS E IRREVERSVEIS ...................................... 15 CONCEITO DE ENTROPIA ......................................................................................... 16 GS IDEAL ................................................................................................................... 18 EQUAES BSICAS PARA O GS IDEAL ........................................................... 18 EQUAO DO ESTADO DE UM GS IDEAL ......................................................... 18 RELAES TRMICAS PARA GASES IDEAIS ....................................................... 21 TRANSFORMAES DE GASES IDEAIS ................................................................ 22 TRANSFORMAO ISOBRICA .............................................................................. 23 TRANSFORMAO ISOCRICA .............................................................................. 25 TRANSFORMAO ISOTRMICA ........................................................................... 25 TRANSFORMAO ADIABTICA .......................................................................... 26 TRANSFORMAO POLITRPICA ......................................................................... 29 DIAGRAMA T-S ........................................................................................................... 30 MISTURA DE GASES .................................................................................................. 32 MUDANAS DE ESTADO FSICO ............................................................................ 32 VAPOR........................................................................................................................... 33 VAPOR SATURADO - DIAGRAMA TEMPERATURA X ENTALPIA ................... 36 EXEMPLO DE APLICAO: AQUECIMENTO DE FLUIDO.................................. 37 TABELA DE VAPOR SATURADO - REFERNCIA DE PRESSO ........................ 39 TABELA DE VAPOR SATURADO - REFERNCIA DE TEMPERATURA ............ 40 MISTURA VAPOR SATURADO E GUA ................................................................. 41 VAPOR DE FLASH....................................................................................................... 41 MISTURA AR E VAPOR D'GUA - INTRODUO ................................................ 44 TORRES DE RESFRIAMENTO ................................................................................... 45 DIAGRAMA PSICROMTRICO E TORRE DE RESFRIAMENTO.......................... 45 CONDICIONAMENTO DE AR .................................................................................... 47 PRESSO ATMOSFRICA VERSUS ALTITUDE .................................................... 50 PRESSO DE VAPOR NA SATURAO ................................................................. 50 UNIDADE ABSOLUTA................................................................................................ 50 UNIDADE RELATIVA ................................................................................................. 50 NDICE DE SATURAO ........................................................................................... 51 VOLUME ESPECFICO................................................................................................ 51 TEMPERATURA DE BULBO MIDO ....................................................................... 51 ENTALPIA ESPECFICA ............................................................................................. 52 PONTO DE ORVALHO ................................................................................................ 52 GRFICO APROXIMADO........................................................................................... 53 FORMULRIO PARA CLCULO .............................................................................. 53 CICLOS - INTRODUO ............................................................................................ 55 CICLO DE CARNOT - ANALOGIA PRTICA .......................................................... 55 CICLO DE CARNOT - DIAGRAMA E FRMULAS ................................................. 56 CICLO DE CARNOT - ENTROPIA ............................................................................. 58 CICLO DE CARNOT - EXEMPLO .............................................................................. 59 CICLO OTTO - INTRODUO ................................................................................... 61 CICLO OTTO - DIAGRAMAS E FRMULAS ........................................................... 62 CICLO DIESEL - INTRODUO................................................................................ 64 CICLO DIESEL: DIAGRAMAS E FRMULAS ......................................................... 64 2</p> <p>CICLO DE BRAYTON - INTRODUO .................................................................... 67 CICLO DE BRAYTON - DIAGRAMAS E FRMULAS ............................................ 67 CICLO RANKINE - INTRODUO ........................................................................... 70 CICLO RANKINE ......................................................................................................... 71 SISTEMAS ABERTOS E FECHADOS ........................................................................ 74 CONSERVAO DA ENERGIA EM ESCOAMENTOS ESTACIONRIOS .......... 74 VELOCIDADE DO SOM .............................................................................................. 76 TEMPERATURA, ENTALPIA E PRESSO DE ESTAGNAO............................. 78 TRANSMISSO DE CALOR - INTRODUO ............................................................. 81 CONDUO ................................................................................................................. 81 CONVECO ............................................................................................................... 83 RADIAO ................................................................................................................... 83 TRANSMISSO ATRAVS DE VRIAS CAMADAS ............................................. 86 COEFICIENTES GLOBAIS DE TRANSMISSO DE CALOR PARA ALGUNS ELEMENTOS DE CONSTRUO .............................................................................. 88 TUBULAES AQUECIDAS: ALGUNS DADOS PRTICOS ................................ 90 RELAES TERICAS DO COEFICIENTE DE CONVECO ............................. 91 CONVECO LIVRE (OU NATURAL) ..................................................................... 92 CONVECO FORADA - INTRODUO ............................................................. 97 DIMETRO HIDRULICO ......................................................................................... 97 FLUXO LAMINAR NO INTERIOR DE TUBOS ........................................................ 98 FLUXO TURBULENTO NO INTERIOR DE TUBOS ................................................ 99 FLUXO AO LONGO DE SUPERFCIES PLANAS .................................................. 100 FLUXO EXTERNO PERPENDICULAR A TUBOS ................................................. 102 FLUXO EXTERNO PERPENDICULAR A FEIXE DE TUBOS ............................... 103 PERDAS DE PRESSO EM TUBULAES ........................................................... 105 SUPERFCIES COM ALETAS ................................................................................... 107 FORMULAO TERICA DA ALETA ................................................................... 110 CONDENSAO PELICULAR ................................................................................. 113 EVAPORAO ........................................................................................................... 116 DISSIPADORES PARA ELETRNICA .................................................................... 118 RESISTNCIA TRMICA.......................................................................................... 118 MODELO SEMICONDUTOR / DISSIPADOR .......................................................... 120 FORMULAO BSICA DO TROCADOR DE CALOR ........................................ 123 DIFERENA LOGARTMICA MDIA..................................................................... 123 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISSO........................................................ 125</p> <p>3</p> <p>PLANO DE ENSINO TERMODINMICA Definies de algumas grandezas e conceitos | Lei zero da termodinmica | Primeira lei da termodinmica | Conceito de entalpia | Calor especfico Segunda lei da Termodinmica | Transformaes reversveis e irreversveis | Conceito de entropia | Gs ideal | Equaes bsicas para o gs ideal | Equao do estado de um gs ideal | Relaes trmicas para gases ideais | Transformaes de gases ideais | Transformao isobrica | Transformao isocrica | Transformao isotrmica | Transformao adiabtica | Transformao politrpica | Diagrama T-s | Mistura de gases | Mudanas de estado fsico | Vapor | Vapor saturado - Diagrama temperatura x entalpia | Exemplo de aplicao: aquecimento de fluido | Tabela de vapor saturado - Referncia de presso | Tabela de vapor saturado Referncia de temperatura Mistura vapor saturado e gua | Vapor de flash | Mistura ar e vapor d'gua - Introduo | Torres de resfriamento | Diagrama psicromtrico e torre de resfriamento | Condicionamento de ar | Presso atmosfrica em funo da altitude | Presso de vapor na saturao |Unidade absoluta | Unidade relativa | ndice de saturao | Volume especfico | Temperatura de bulbo mido | Entalpia especfica | Ponto de orvalho Grfico aproximado | Formulrio para clculo | Introduo | Ciclo de Carnot - Analogia prtica | Ciclo de Carnot - Diagrama e frmulas | Ciclo de Carnot - Entropia | Ciclo de Carnot - Exemplo | Ciclo Otto - Introduo | Ciclo Otto - Diagramas e frmulas | Ciclo Diesel - Introduo | Ciclo Diesel: diagramas e frmulas | Ciclo de Brayton - Introduo | Ciclo de Brayton - Diagramas e frmulas | Introduo | Ciclo Rankine | Sistemas abertos e fechados | Conservao da energia em escoamentos estacionrios | Velocidade do som | Temperatura, entalpia e presso de estagnao | 4</p> <p>TRANSMISSO DE CALOR Introduo | Conduo | Conveco | Radiao | Transmisso atravs de vrias camadas | Coeficientes globais de transmisso de calor para alguns elementos de construo | Tubulaes aquecidas: alguns dados prticos | Relaes tericas do coeficiente de conveco | Conveco livre (ou natural) | Conveco forada - Introduo | Dimetro hidrulico | Fluxo laminar no interior de tubos | Fluxo turbulento no interior de tubos | Fluxo ao longo de superfcies planas Fluxo externo perpendicular a tubos | Fluxo externo perpendicular a feixe de tubos | Perdas de presso em tubulaes | Superfcies com aletas | Formulao terica da aleta | Condensao pelicular | Evaporao | Dissipadores para eletrnica: Resistncia trmica | Modelo semicondutor / dissipador | Formulao bsica do trocador de calor | Diferena logartmica mdia de temperatura | Coeficiente global de transmisso de calor |</p> <p>5</p> <p>A histria da primeira Lei da Termodinmica A primeira Lei da Termodinmica considerada uma das maiores descobertas da Fsica dos meados do sculo XIX. A primeira Lei da Termodinmica traduz a conservao da energia. Num sistema isolado a energia interna permanece constante. Os cientistas que contriburam decisivamente para o aparecimento da primeira Lei da Termodinmica foram os seguintes:</p> <p>Nicolas Lonard Sadi Carnot (1791 - 1832).</p> <p>Julius Robert Mayer (1814 - 1878)</p> <p>Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822 1888).</p> <p>James Prescott Joule (1818 - 1889).</p> <p>Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 - 1894).</p> <p>Germain Henri Hess (1802 - 1850).</p> <p>Definies de algumas grandezas e conceitos</p> <p>A presso ou tenso mecnica (smbolo: p) a fora normal (perpendicular rea) exercida por unidade de rea. Formalmente,</p> <p>A unidade no SI para medir a presso o Pascal (Pa). A presso exercida pela atmosfera ao nvel do mar corresponde a6</p> <p>aproximadamente 101 325 Pa (presso normal), e esse valor normalmente associado a uma unidade chamada atmosfera padro (smbolo atm) A presso relativa define-se como a diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica. Os aparelhos destinados a medir a presso relativa so o manmetro e tambm o piezmetro. A presso atmosfrica mede-se com um barmetro, inventado por Torricelli. Para informaes sobre a presso interna exercida pelo sangue no organismo humano, veja presso arterial. Tanto na presso arterial como na presso sobre as vias areas (cm de gua) temos uma simplificao para facilitar a leitura, pois de uma unidade complexa temos uma mais simples e linear de fcil interpretao.</p> <p>Outras unidadesAtmosfera a presso correspondente a 0,760 m de Hg de densidade 13,5951 g/cm e numa acelerao da gravidade de 9,80665 m/s2 Bria a unidade de presso no sistema c,g,s e vale uma dyn/cm2 Bar um mltiplo da Bria : 1 bar = 106 brias Psi (pound per square inch), libra por polegada quadrada, a unidade de presso no sistema ingls/americano: 1 psi = 0,07 bar ;1 bar = 14,5 psi A tabela apresenta os valores para a transformaes das unidades;</p> <p>Atmosfera Atmosfera 1 Pascal Bria Bar milibar mm Hg m H2O kgf/cm2</p> <p>Pascal</p> <p>Bria</p> <p>Bar</p> <p>milibar o hPa1013,25 0,01 0,001 1000 1 1,333 98,06 981,0</p> <p>mm Hg760,0 7,501103</p> <p>m H2O10,33 1,02010-4 1,02010-5 10,20 1,02010-2 1,36010-2 1 10,00</p> <p>kgf/cm1,033 1,01910-5 1,02010-2 1,020 10,20 13,60 0,100 1</p> <p>2</p> <p>1,01325105 1,01325106 1,01325 1 0,1 100000 100 133,3 9807 9,810104 10 1 1000000 1000 1333 9,807104 9,810105 10-5 10-6 1 0,001 1,333103</p> <p>9,86910-6 9,86910-7 0,9869 9,86910-4 1,31610-3 9,67810-2 0,968</p> <p>7,501104</p> <p>750,1 0,7501 1 73,56 735,8</p> <p>9,807102</p> <p>0,9810</p> <p>7</p> <p>explo: 1 atm = 1,013105 PaCalor absorvido ou cedido por uma substncia quando ela muda de estado. No h variao de temperatura. Calor absorvido ou cedido por uma substncia sem mudana de estado Calor sensvel fsico. H variao de temperatura. Temperatura igual a 0C e presso igual a 1 atmosfera (101 325 Pa). Calor latente Ir para: navegao, pesquisa O termo atmosfera padro por definio refere-se presso exata de 101 325 Pa.[1] Ele utilizado como unidade de presso, com o smbolo atm (1 atm = 101 325 Pa). Este termo refere-se ao mesmo valor de presso definida como presso normal. Atualmente a IUPAC recomenda que o uso da presso de 101 325 Pa seja descontinuado, recomendando desde 1982, o uso da atual presso padro, definida como uma presso de 105 Pa (100 000 Pa exatamente). A presso de atmosfera padro, medida ao nvel do ma...</p>