Termodinâmica cefet

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<p>TERMODINMICA</p> <p>TERMODINMICA</p> <p>ApresentaoA Termodinmica a primeira de trs disciplinas que, juntas, formam o que costumase chamar de Engenharia de Sistemas Trmicos, ou Termocincias. A Termodinmica, a Mecnica dos Fluidos e a Transferncia de Calor esto intimamente ligadas e os conhecimentos destas cincias so teis soluo de diversos problemas cotidianos, seja em mbito industrial como domstico.</p> <p>ThermodynamicsConservation of mass Conservation of energy Second law of thermodynamics Properties</p> <p>TH</p> <p>E</p> <p>O RM</p> <p>Thermal Systems Engineering Analysis directed to Design Operations/Maintenance Marketing/Sales Costing</p> <p>Heat TransferConduction Convection Radiation Multiple Modes</p> <p>HEAT</p> <p>TRANSFE R</p> <p>Fluid MechanicsFluid statics Conservation of momentum Mechanical energy equation Similitude and modeling</p> <p>Neste curso de Engenharia Industrial da Madeira, a Transferncia de Calor no possui uma cadeira exclusiva para o seu estudo, em virtude da especificidade do tema, que de interesse mais direto da Engenharia Mecnica, e da necessidade de ocupar a grade com outros assuntos mais intimamente ligados ao curso. Por esta razo, os principais tpicos de Transferncia de Calor sero vistos diludos nas disciplinas de Termodinmica, Mecnica dos Fluidos e Propriedades e Produtos Energticos da Madeira, onde tais conceitos sero importantes no estudo da combusto e converso da energia trmica em calor nos variados processos da indstria. No que tange, exclusivamente, Termodinmica, elaborouse esta apostila com o intuto de reunir os principais tpicos que sero abordados durante as 70 horas desta disciplina no curso. Desta maneira, esta obra no objetiva, em nenhum momento, substituir os livros texto acerca deste assunto, mas apenas apresentar o mesmo contudo contido nestas obras, porm de forma mais resumida, organizada em concordncia com a carga horria da cadeira. Basicamente, esta apostila rene contedos dos dois livros texto indicados na bibliografia bsica da disciplina, que so:MORAN, Michael J.; SHAPIRO, Howard N.. Princpios de Termodinmica para Engenharia. 4. ed. LTC: Rio de Janeiro, 2002. VAN WYLEN, G. J.; SONNTAG, R. E.; BORGNAKKE, C.. Fundamentos da Termodinmica Clssica. 4. Ed. Edgard Blcher: So Paulo, 1995</p> <p>Eventualmente, so anexados contedos extrados de outras obras ou autores, dependendo do contexto ou de aplicaes especficas, que sejam de interesse direto do Curso de Engenharia Industrial da Madeira. Mas, ratifico que as principais fontes de informao continuam sendo os livros texto supracitados, bem como outros livros e obras relacionadas na Bibliografia desta apostila.</p> <p>1</p> <p>FL U ID</p> <p>S</p> <p>TERMODINMICA</p> <p>Uma diferena em relao s obras publicadas merece destaque nesta apostila, que a quantidade de exerccios resolvidos. Procurouse incluir, alm de alguns exerccios propostos, o maior nmero possvel de exerccios resolvidos. Nestes, a soluo desenvolvida acompanhada de comentrios que objetivam permitir ao estudante um melhor entendimento dos procedimentos algbricos ou numricos, bem como da obteno de dados tabelados ou da considerao de certas hipteses ou condies de contorno adotadas na soluo, afim de proporcionar ao aluno mais subsdios para sua aprendizagem. Este recurso de fornecer ou aluno um grande nmero de exerccios resolvidos objetiva apliar a carga horria de estudos na disciplina, permitindo ao aluno que amplie seu tempo de aprendizagem fora da sala de aula. Mas, convm ressaltar, que o xito na aprendizagem s ser atingido com a reviso dos exerccios resolvidos aliada soluo dos exerccios propostos. Os alunos que estiverem ineressados em aprofundar seu conhecimento em Termodinmica devem, ainda, resolver outros exerccios propostos nos livros e textos complementares relacionados na bibliografia. O desenvolvimento desta apostila vem acontecendo paralelamente ao decorrer das aulas, nos ltimos 2 anos. Assim, novos contedos vem sendo acrescidos, contedos irrelevantes esto sendo retirados e outros contedos tem sido ampliados ou melhor aplicados a medida em que os resultados em sala de aula vo aparecendo. Desta forma, o contedo desta obra permanece em constante alterao, mas sempre visando a maximizao da aprendizagem do aluno. Por isso, novas revises so frequentemente emitidas ao longo de um mesmo ano letivo. O resultado que alguns alunos possam ter revises diferentes uns dos outros, dependendo da data em que fotocopiaram ou imprimiram este texto. Para minimizar estas diferenas, esta apostila foi disponibilizada para download na internet, no site http://www.hasten.eng.br. A idia que a internet contenha, sempre, a reviso mais recente desta obra. E, para minimizar os custos com impresso, a obra foi dividida em vrias partes, de forma que as alteraes se reflitam em partes menores do texto. A fim de ampliar as possibilidades de estudo dos acadmicos de Termodinmica tambm foram disponibilizados no site http://www.hasten.eng.br outros textos complementares, produzidos por outros autores, bem como tabelas, grficos, links para outras pginas que abordam o estudo do tema e etc. Alm disto, tambm esto disponveis para download todas as provas e trabalhos passados, com suas respectivas solues. Pretendese, com isto, reunir o mximo de contedo em um s lugar, de acesso livre, fomentando o desenvolvimento do processo de ensinoaprendizagem, tanto para os alunos, como para outros professores. Dito isto, podese concluir ratificando o fato de que esta obra est em constante aperfeioamento, motivo pelo qual colocome a disposio para ouvir crticas ou sugestes, bem como para disponibilizar contedo lcito acerca do tema na internet, provindo de qualquer um que esteja engajado na proposta de trocar conhecimentos acerca de Termodinmica.</p> <p>2</p> <p>TERMODINMICA</p> <p>SumrioApresentao........................................................................................................................... 1 Sumrio ................................................................................................................................... 3 Lista de Tabelas ...................................................................................................................... 6 PLANO DE ENSINO ................................................................................................................ 7 11.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8</p> <p>Alguns comentrios preliminares .................................................................................... 9Instalao simples de uma central termoeltrica................................................................................................ 9 Clulas de combustvel ....................................................................................................................................... 13 Ciclo de refrigerao por compresso de vapor ............................................................................................... 14 O refrigerador termoeltrico................................................................................................................................ 16 O equipamento de decomposio do ar ............................................................................................................ 16 Turbina a gs ........................................................................................................................................................ 18 Motor qumico de foguete.................................................................................................................................... 19 Aspectos ambientais ........................................................................................................................................... 20</p> <p>22.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7</p> <p>Alguns conceitos e definies ....................................................................................... 21O sistema termodinmico e o volume de controle............................................................................................ 21 Pontos de vista macroscpico e microscpico ................................................................................................ 22 Estado e propriedades de uma substncia........................................................................................................ 23 Processos e ciclos ............................................................................................................................................... 24 Volume especfico................................................................................................................................................ 25 Massa especfica .................................................................................................................................................. 27 Peso especfico .................................................................................................................................................... 272.7.1 2.7.2 2.7.3 Relao entre peso especfico e massa especfica .................................................................................................................27 Massa especfica e peso especfico relativo ............................................................................................................................28 Vazo .......................................................................................................................................................................................28</p> <p>2.8 2.9</p> <p>Presso ................................................................................................................................................................. 29 Temperatura.......................................................................................................................................................... 332.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 A lei zero da termodinmica.....................................................................................................................................................33 Escalas de temperatura ...........................................................................................................................................................34 A escala prtica internacional de temperatura .........................................................................................................................36 Termmetros ............................................................................................................................................................................37</p> <p>33.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6</p> <p>Propriedades de uma substncia pura.......................................................................... 52A substncia pura ................................................................................................................................................ 52 Equilbrio de fases vaporlquidaslida numa substncia pura .................................................................... 52 Propriedades independentes de uma substncia pura .................................................................................... 58 Equaes de estado para a fase vapor de uma substncia compressvel simples ....................................... 583.4.1 Resumo ....................................................................................................................................................................................61</p> <p>Tabelas de propriedades termodinmicas......................................................................................................... 62 Superfcies termodinmicas................................................................................................................................ 65</p> <p>44.1</p> <p>Trabalho e calor ............................................................................................................ 87Calor ...................................................................................................................................................................... 874.1.1 4.1.2 4.1.3 Troca e propagao do calor ...................................................................................................................................................88 Transferncia de energia por calor ..........................................................................................................................................90 Modos de transferncia de calor ..............................................................................................................................................91 Unidades de trabalho ...............................................................................................................................................................94 Trabalho realizado devido ao movimento de fronteira de um sistema compressvel simples num processo quaseesttico 95 Exerccio resolvido ...................................................................................................................................................................98 Trabalho realizado pelas foras atuando na fronteira mvel de um sistema fechado ...........................................................101 Trabalho dissipativo ...............................................................................................................................................................102 Representao grfica do trabalho</p> <p>4.2</p> <p>Trabalho ................................................................................................................................................................ 934.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6</p> <p>pd</p> <p>......................................................................................................................103</p> <p>3</p> <p>TERMODINMICA 4.2.7 Outros exemplos de trabalho .................................................................................................................................................104</p> <p>4.3</p> <p>Resumo ............................................................................................................................................................... 107</p> <p>55.1 5.2 5.3 5.4</p> <p>Primeira lei da termodinmica ..................................................................................... 128A primeira lei da termodinmica para um sistema percorrendo um ciclo .................................................... 128 A primeira lei da termodinmica para mudana de estado de um sistema .................................................. 129 Energia interna: uma propriedade termodinmica.......................................................................................... 1335.3.1 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Exerccios resolvidos..............................................................................................................................................................134 Desenvolvendo o balano de energia ..............................................................................</p>