apostila termodinamica

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TERMODINMICA E TRANSMISSO DE CALOR

TRABACHINI PROF. ALDIE TRABACHINI 2009 2009

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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

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

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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