disciplina : termodinâmica aula 13 análise da massa e...

Professor Dr. Evandro Rodrigo Dário

Curso: Engenharia Mecânica

Disciplina: Termodinâmica

Disciplina : Termodinâmica

Aula 13 – Análise da massa e

energia aplicadas a volumes de

controle - Regime Transiente


Prof. Evandro Rodrigo Dário, Dr. Eng.




Processos que envolvem mudanças no

volume de controle com o tempo são

chamados de processos em regime

transiente.

Quando um processo em regime transiente

é analisado, é importante manter o controle

da quantidade de massa e energia do

volume de controle, bem como as trocas de

energia entre ele e sua vizinhança.

Análise da energia em sistemas em regime transiente





Alguns processos transiente mais comuns são:

• Carregamento de reservatórios rígidos a partir de

linhas de abastecimento;

• Descarregando um fluido a partir de um

recipiente pressurizado;

• Funcionamento de uma turbina a gás com ar

comprimido armazenado em um grande

recipiente;

• Pneus ou balões ao serem inflados;

• Cozinhar com uma panela de pressão normal.





Ao contrário de processos em regime

permanente, processos transiente começam e

terminam durante algum período de tempo

finito em vez de continuar indefinidamente.

Portanto, lidamos com as mudanças que

ocorrem ao longo de um intervalo de tempo Δt.

Um sistema transiente , em alguns aspectos, é

semelhante a um sistema fechado, exceto que a

massa dentro da fronteira do sistema não

permanece constante durante o processo.





Outra diferença entre os sistemas

abertos em regime permanente e

regime transiente é que os sistemas de

regime permanente seu tamanho e

forma não se alteram.

Sistemas em regime transiente, no

entanto, podem envolver fronteiras

móveis e assim realizam trabalho de

fronteira.





O balanço de massa para qualquer sistema de sofrer qualquer

processo pode ser expressa como

Para volumes de controle, ela também pode ser expressa mais

explicitamente como

onde

𝒎𝒆𝒏𝒕 − 𝒎𝐬𝐚𝐢 = ∆𝒎𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂





O conteúdo energético de um volume de controle muda com o tempo

durante um processo em regime transiente. A magnitude das

mudanças depende

• Da energia transferida na forma de calor e de trabalho através da

fronteira do sistema;

• Da energia transportada para dentro e para fora do volume de

controle pelos fluxos de massa durante o processo.

O balanço energético geral foi dado anteriormente como





Processos em regime transiente no geral são difíceis de analisar,

porque as propriedades da massa nas entradas e saídas podem se

alterar durante um processo.

A maioria dos processos em regime transiente podem ser

razoavelmente bem representados por processos de fluxo constante,

o qual envolve a idealização seguinte:

A vazão mássica em qualquer entrada ou saída é uniforme e

constante, e as propriedades do fluido não se alteram com o

tempo, ou posição ao longo da secção transversal de uma entrada ou

de saída.





O balanço de energia para um sistema uniforme de fluxo pode ser

expressa de forma explícita como

é a energia de uma corrente de fluido em

qualquer entrada ou saída por unidade de massa.

é a energia do fluido estático no interior do volume

controle por unidade de massa.

onde





Quando as variações de energia cinética e potencial

associados aos ao volume de controle e aos fluxos

de massa são desprezíveis, o balanço energético

simplifica para

é a entrada líquida de calor

onde

é a saída líquida de trabalho




Exemplo 1: Carregando um tanque rígido com vapor d´água

Um tanque rígido e isolado, inicialmente vazio, é conectado

por meio de uma válvula a uma linha de alimentação que

transporta vapor de água a 1 MPa e 300 °C. A válvula é

então aberta e o vapor escoa lentamente para o tanque até

que a pressão atinja 1 MPa, quando a válvula é fechada.

Determine a temperatura final do vapor no tanque.

Hipóteses adotadas:

1 Escoamento em regime permanente, as propriedades do vapor que entra no volume de

controle permanecem constantes durante todo o processo.

2 As perdas de calor do sistema são desprezíveis, 𝑸 = 𝟎, sistema isolado termicamente.

3 Variação da energia cinética e potencial da corrente do fluido são desprezíveis, ∆ep ≅ ∆ec ≅ 0

4 O tanque é estacionário e, portanto, a variação das energias cinética e potencial é zero; ou seja,

∆EC = ∆EP = 0 e ∆ESistema = ∆USistema

5 Não existe interação de trabalho, 𝑾 = 𝟎




Exemplo 2: Descarga de ar aquecido a uma temperatura constante

Um tanque rígido e isolado de 8 m3 contém ar a 600 kPa

e 400K. Uma válvula conectada ao tanque é aberta, e

permite-se que o ar escape até que pressão interna caia

para 200 kPa. A temperatura do ar durante o processo é

mantida constante por um aquecedor elétrico colocado

no tanque. Determine a energia elétrica fornecida ao ar

durante esse processo.

Hipóteses adotadas:

1 Este é um processo em regime transiente

2 As perdas de calor do sistema são desprezíveis, 𝑸 = 𝟎, sistema isolado termicamente.

3 Variação da energia cinética e potencial da corrente do fluido são desprezíveis, ∆ep ≅ ∆ec ≅ 0

4 ar é um gás ideal com calores específicos variáveis




Problemas propostos:

Capítulo 5:

Çengel, Yunus A. Termodinâmica. – 7. ed.

123; 130; 138; 140; 141; 142; 153.

disciplina : termodinâmica aula 13 análise da massa e...

Documents