INTRODUÇÃO

IT 515 - Máquinas Térmicas

Profª Juliana Lobo Paes

CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES

De que trata a Termodinâmica?

Ciência da Energia e da Entropia

Estuda a maneira como os corpos armazenam energia,

na forma de calor, para ser transformada em trabalho;

Propriedades das substâncias relacionadas a esta

transformação.

CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES

Por que estudar a termodinâmica?

Os engenheiros utilizam os princípios da

Mecânica dos Fluidos, da Transferência de Calor

e da TERMODINÂMICA, para projetar sistemas

eficientes, econômico e de baixo impacto

ambiental.

CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES

Qual a diferença entre a TERMODINÂMICA e

a TRANSFERÊNCIA DE CALOR?

TERMODINÂMICA interessa-se pelos estados inicial e

final de um processo.

TRANSFERÊNCIA DE CALOR interessa-se em como o

calor é transferido e as taxas com que ocorre a

transferência de calor

CONCEITOS INTRODUTÓRIOS E DEFINIÇÕES

APLICAÇÕES DA TERMODINÂMICA

Usinas termoelétricas, geotérmicas;

solar e eólica - Turbinas a vapor;

Turbinas à gás

Célula combustível;

Refrigerador;

Bombas de calor;

Processos de pirólise, gaseificação;

combustão; e

Motores de combustão.

INSTALAÇÃO SIMPLES DE UMA CENTRAL

TERMOELÉTRICA

Ebulição da água

liquida a

alta pressão

Vapor d’ água

alta pressão

Expansão do

vapor d’ água

a pressão próxima

a do condensador

Água liquida a

baixa pressão

Transferência

de calor

Aumento da

pressão

INSTALAÇÃO SIMPLES DE UMA CENTRAL

TERMOELÉTRICA

ENERGIA SOLAR

ATERRO SANITÁRIO

Compressores de bombeamento do biogás

TURBINAS A GÁS

CONCEITOS

SISTEMA TERMODINÂMICO

VIZINHANÇA

FRONTEIRA

Quantidade de matéria com massa

e propriedade fixas

Tudo o que é externo ao sistema

SISTEMA FECHADO

Compreende uma quantidade de matéria, com massa e identidade fixa, porém calor e trabalho podem cruzar a fronteira do sistema.

SISTEMA ISOLADO

Aquele não influenciado pelo MEIO ou pela vizinhança, isto é calor e trabalho não cruzam a fronteira do sistema.

SISTEMA ABERTO

RESUMINDO:

Análise termodinâmica que envolve escoamento apenas de

energia (nas formas de calor e trabalho) através das

fronteira - sistema fechado.

Escoa, além de calor e trabalho, massa - volume de

controle (sistema aberto).

Estas figuras representam um sistema fechado ou aberto? Por que?

A linha tracejada representa um sistema ou um volume de

controle ?

Estas figuras representam um sistema fechado ou aberto? Por que?

A linha tracejada representa

um sistema aberto ou

fechado ?

ESTADO VS FASE DE UMA SUBSTÂNCIA

Mistura heterogênea

Biodiesel

Biodiesel

Glicerol

Mistura homogênea

Bioetanol

Álcool hidratado - 96% de etanol e 4% de água

Álcool anidro – 99,5% de etanol e 0,05% de água

Fase - porção de matéria que tem característica física uniforme e é homogênea no

que se refere à composição química

Estado - pode ser identificado por propriedades microscópicas da matéria

ESTADO VS FASE DE UMA SUBSTÂNCIA

Fase ou Estado?

.

PROCESSOS

EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO – sistema onde não se verifica mudanças nas propriedades Propriedades descrevem o estado de um sistema apenas quando ele está em equilíbrio

Como descrever o estado de um

sistema durante um processo? Processo Quase-Estático

Mudança de estado – valor de pelo menos uma propriedade de um sistema é alterado Processo – caminho definido pela sucessão de estados através o sistema percorre

Desvio do equilíbrio termodinâmico é infinitesimal

.

PROCESSOS

.

PROCESSOS

.

PROCESSOS

CICLOS

Ciclo Termodinâmico vs Ciclo Mecânico

PROPRIEDADE EXTENSIVA - depende da massa total do sistema

PROPRIEDADE INTENSIVA – INdepende da massa total do sistema. OBSERVAÇÃO: As propriedades extensivas por unidade de massa, como por exemplo VOLUME ESPECÍFICO, são propriedades intensivas.

PROPRIEDADES DE UMA SUBSTÂNCIA

Volume específico (volume por unidade de massa ):

kg

m,

ρ=

31υ

Mol – é a quantidade de matéria numericamente igual sua massa

molecular (M).

n – número de moles:

kmol/kg

kg,

M

m=n

kmol

m,M=v

3

mol

m .v,

3

Volume específico na base molar:

Massa específica (massa por unidade de volume ):

3m

kg

Pressão - razão entre a força normal e a

área em que atua.

Unidades:

Pa = N/m2; bar = 105 Pa; psi = lbf/in2

Obs.:

1 ft = 0,3048 m; 1 in = 0,0254 m

1lbm = 0,454 kg; 1 atm = 101,325 kPa

Princípio do teorema de Stevin

P1 = P2

De acordo com a figura:

P1 = Patm + ρ.g.h

Então: P1 = Pgás = Patm + Phid

Manômetros de pressão ou

de vácuo

Pressão manométrica ou

efetiva (Pman ou efet)

P man = Pabs – Patm

Pressão vácuo

P vácuo = Patm – Pabs

O que é temperatura?

Igualdade de temperatura

Lei Zero da Termodinâmica

TEMPERATURA

Escalas de temperatura

Tc = T - 273,15º

5Tf = 9Tc + 32º

Ponto Triplo da Água

Zero da escala kelvin - ZERO

ABSOLUTO - menor temperatura

possível que um corpo pode atingir

Relação para as escalas

Celsius e Kelvin:

Relação entre as escalas

Celsius e Fahrenheit

32+)C(T8,1=)F(T

67,459+)F(T=)R(T

15,273+)C(T=)K(T

)K(T8,1=)R(T

00

00

0

0

Exercícios

1) Mostre as seguintes relações:

2) Uma escala termométrica X relaciona-se com a escala Celsius

segundo o gráfico apresentado.

a) Estabeleça a fórmula de conversão entre as duas escalas;

b) Determine a temperatura registrada por um termômetro graduado na

escala X quando a temperatura for 50C. Resp.: 27,5 X

c) Determine que temperatura registra um termômetro graduado na

escala Celsius para um sistema em que o termômetro graduado na

escala X registra 10X. Resp.: -20C

d) Há uma temperatura em que os dois termômetros registram valores

coincidentes? Resp.: 20C

3) Um termômetro defeituoso fornece as leituras -0,3C no ponto do gelo e

100,2C na temperatura de ebulição. Determinar: a) a equação de correção

do termômetro, b) se o termômetro marcar 25 qual seria a temperatura

correta? Resp.: 25,174C, c) em que temperatura a leitura do termômetro é

isenta de erro? Resp.: 60C.

4) Uma variação de 1Celsius corresponde a uma variação de quantos

graus:

a) Farenheit. Resp.: 1,8

b) Kelvin. Resp.: 1

c) Rankine. Resp.: 1,8

LIVRO: FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA 6ª ED.

SONNTAG; BORGNAKKE; VAN WYLEN

CAPÍTULO 2

EXERCÍCIOS

2 39 60

4 40

72

6 46 76

11 51 78

23 53 86

FIM!

DÚVIDAS?