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ALBERTO HERNANDEZ NETO

INTRODUÇÃO E CONCEITOS INICIAIS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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SISTEMAS TÉRMICOS

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Engenharia de sistemastérmicosAnálise direcionada a• Projeto• Operação/Manutenção• Custo• etc.

Mecânica dos Fluidos

• Estática dos fluidos• Conservação de quantidade de

movimento• Equação da energia cinética• Similitude e modelagem

Termodinâmica

• Conservação de massa• Conservação de energia• Segunda Lei da Termodinâmica• Propriedades

Transferência de Calor

• Condução• Convecção• Radiação• Múltiplos modos

SISTEMAS TÉRMICOS

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TERMODINÂMICA

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

MECÂNICA DOS FLUIDOS

RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS

MECÂNICA DOS MEIOS CONTÍNUOS

SISTEMAS TÉRMICOS

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CONCEITOS INICIAIS

TERMODINÂMICA CLÁSSICA

TERMODINÂMICA ESTATÍSTICA

VISÃO MACROSCÓPICA

VISÃO MICROSCÓPICA

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CONCEITOS INICIAIS

SISTEMA TERMODINÂMICO

QUANTIDADE DE MASSA ESCOLHIDA PARA ANÁLISE

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CONCEITOS INICIAIS

FORMA E VOLUME PODEM VARIAR

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SISTEMA TERMODINÂMICO

CONCEITOS INICIAIS

VIZINHANÇASISTEMA

TERMODINÂMICO

FRONTEIRA

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CONCEITOS INICIAIS

SISTEMA FECHADO: quantidade fixa de matéria sem transferência de massa com transferência de energia

PANELA DE PRESSÃO

CHAMA

ENERGIA

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CONCEITOS INICIAIS

SISTEMA ISOLADO: quantidade fixa de matéria sem transferência de massa e sem transferência de energia

LÍQUIDO

VAPOR

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CONCEITOS INICIAIS

SISTEMA ABERTO OU VOLUME DE CONTROLE: região definida por uma superfície de controle onde há transferência de massa e de energia

fluxo de massa

fluxo de energia

TRABALHO

TURBINA

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CONCEITOS INICIAIS

Propriedade: característica microscópica de um sistema(massa, volume, energia, pressão, etc.)

Propriedade extensivas: seu valor dependedependedependedepende da dimensão e extensão do sistema e pode variar com o tempo (massa, volume, energia)

Propriedade intensivas: seu valor independeindependeindependeindepende da dimensão e extensão do sistema e pode variar com o tempo (pressão, temperatura, densidade)

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CONCEITOS INICIAIS

Fase: quantidade de matéria homogênea na composição química e estrutura física

LÍQUIDA

Substância pura : uniforme e invariável na composição química

SÓLIDA GASOSA (VAPOR)

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CONCEITOS INICIAIS

EQUILÍBRIO INDIFERENTE

EQUILÍBRIO ESTÁVEL

EQUILÍBRIO METAESTÁVEL

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CONCEITOS INICIAIS

Estado termodinâmico de equilíbrio: sistema isolado sem mudança de propriedades

Pressão (p)

Pressão absoluta (pa)

Pressão relativa/manométrica (pr)= pa - patm

Pressão atmosférica (patm)

F = força [N]A = área [m2]

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CONCEITOS INICIAIS

Volume (V) = Espaço ocupado por uma substância [m3]

Volume específico (v)

V = volume [m3]m = massa [kg]

Massa específica (ρ)

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CONCEITOS INICIAIS

Temperatura (T) = avaliação em função do equilíbrio térmico entre dois corpos

A

B

C

B

l1 l2 Se l1 = l2 → TA = TC

Escalas de Temperatura => Celsius [°C]Fahreheit [°F]Kelvin [K]

Lei Zero da Termodinâmica

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CONCEITOS INICIAIS

Processo: sucessão de mudanças de estado em um sistema

p

início

fim

caminho

Processo quase-estático: sucessão de mudanças de estado com o sistema em equilíbrio termodinâmico

p

1

2 3

ciclo

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CONCEITOS INICIAIS

Processo reversível: processo que pode ser revertido completamente pelo mesmo caminho em processos quase-estáticos

p

1

2

Processo reversível

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CONCEITOS INICIAIS

Equilíbrio de fases

Energia

Água líquida Mistura líquido+vapor

Energia

Vapor

Energia

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CONCEITOS INICIAIS

Evaporação

Sublimação

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CONCEITOS INICIAIS

Substância simples compressível: efeitos de tensão superficial, magnéticos, elétricos, gravitacionais e cinéticos são desprezíveis

O estado de uma substância pura simples compressível é definido por duas propriedades independentes

Propriedades são independentes quando não se pode determinar uma delas por meio do conhecimento da outra

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CONCEITOS INICIAIS

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Região de saturação:

• Pressão e temperatura são dependentes• Necessidade da definição de uma terceira variável• Título de uma mistura líquido vapor (x)

CONCEITOS INICIAIS

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CONCEITOS INICIAIS

Tabela de propriedades: substituição dos diagramas

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Gás ideal ou perfeito

Definição: Gás ideal ou perfeito= equação de estado dada por:

Sendo R=constante universal dos gases (valores tabelados para cada gás)

(base mássica)

(base molar)

M=peso atômico

CONCEITOS INICIAIS

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Definição da região do diagrama: região de saturação

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Definição da região do diagrama: região de saturação

Para T=275 C → Psat = 5945,06 kPaT [°C]

[m3/kg]

275

263,99

5000 kPa

5945,06 kPa

Região de vapor

superaquecido

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios(cont.)

Interpolando entre 263,99 C e 300 C para T=275 C:

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

T [°C]

[m3/kg]

-3,02

-10,0

400 kPa

Não há tabela líquido comprimido

Região de líquido

comprimido

Aproximação:v≈vl(Tsat=-10 C)

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Região de vapor superaquecido

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

(cont.)

v(T=99,62 C)=1,69400 m3/kg

v(T=150 C)=1,93636 m3/kg

T=121,65 C

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Região de saturação

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Estado inicial (1): p=1 MPa; T=400 K; V=1 m3

Modelo: gás perfeito (Rar=0,287 kJ/kg.K)

Equação de estado de gás perfeito

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Estado (2): p=5 MPa; T=177+273=450 K; V=1 m3

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Estado (3): T=300 K; m=38,715 kg; V=1 m3

T [K]

P [MPa]

1

400 450

5

300

1

2

33,33

Processo a volume constante

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Exercício 3. O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura contém CO2. Inicialmente, a pressão e a temperatura são iguais a 200 kPa e 290 K e o pistão está imobilizado por um pino. O pistão é construído com material de massa específica igual a 8.000 kg/m3. O conjunto está localizado em um ambiente a 290 K e 101 kPa. O pino é então removido e espera-se até que a temperatura do gás atinja a temperatura ambiente. Qual a nova posição do pistão? O pistão encosta nos esbarros?

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Modelo: Gás perfeito (RCO2 = 0,189 kJ/kg.K)

Estado (1): p= 200 kPa; T=290 K

Equação de estado de gás perfeito:

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Estado (2): T= 290 K; m=m1=2,866x10-3 kg

Processo 1→2: T=constante

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CONCEITOS INICIAIS - Exercícios

Cenário 1: pistão não encosta nos esbarros

Conclusão: pistão encosta nos esbarros

Estado (2): h2= 0,15 mp2=20000/0,15=133,33 kPaT2=290 K