Sistemas Térmicos I - Aulas 1 e 2 - Introdução - 2016

7/24/2019 Sistemas Trmicos I - Aulas 1 e 2 - Introduo - 2016

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Universidade Federal do Par UFPAInstituto de Tecnologia - ITEC

Faculdade de Engenharia Mecnica - FEM

Sistemas Trmicos -Introduo

TE 04181 Sistemas Trmicos I: Motores de Combusto Interna Aulas 1 e 2

[email protected]

Prof. Eraldo Cruz dos Santos, Dr. Eng.
mailto:[email protected]://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4/CICLO%20DE%20ROTINAS%20-%20UNIFEI.ppt#2.%20INTRODU%C3%87%C3%83Omailto:[email protected]


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Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 04/01/2016 2

TPICOS DA APRESENTAO

INTRODUO AOS SISTEMAS TRMICOS;APRESENTAO DO CURSO: Objetivo (objetivos permanentes); Ementa; Contedo Programtico; Carga Horria;

Formas de Avaliao; Referncias.CONCEITOS, DEFINIES E ENUNCIADOS: Calor e Trabalho; Estado e Processos; Equilbrio e Ciclo Termodinmicos; Mquinas e Reservatrios Trmicos; Exerccios de Aplicao; Unidades de Medida;

REVISO.


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INTRODUO

Livro de Projeto de Mquinasde Fluxo do Prof. Dr. Zulcyde Souza, que usa mtodos

de Dinmica dos FluidosComputacionais CFD (cujaelaborao do captulo nonofoi com a participao dos

membros do GETEC), lanadoem Julho de 2011.


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INTRODUO

Captulo 6 Biofuel and GasTurbine Engine: 2012.

Captulo 5 Micro Gas TurbineEngine: A Review: 2013.


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INTRODUO

Sistemas Trmicos e a Engenharia

Na engenharia moderna so encontrados sistemas nasmais variadas reas do conhecimento e aplicaes.

Dentre as diversas classificaes os sistemas de um

equipamento podem ser: Hidrulicos;

Mecnicos;

Eltricos; Trmicos;

Pneumticos;

Etc.

Na maioria dos equipamentos

estes sistemas so hbridos, ou seja,

envolvem dois ou mais tipos de

sistemaspara formar um equipamento

ou conjunto de equipamentos

atendendo a diversas aplicaes.


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INTRODUO

Sistemas Trmicos

Um Sistema Trmico pode ser definidocomo sendo

um equipamento ou conjunto de equipamentos usados em

transformaes mtuas das energias

qumica/trmica/mecnica e/ou na transferncia deenergia trmica.

Os sistemas trmicos esto relacionados com a

maneira como a energia utilizada para levar benefcios

aos setores industrial, comercial, de transporte, de sade,

de entretenimento, domstico, etc.


7/80Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 04/01/2016 7

INTRODUO

Como um futuro Engenheiro Mecnico qual a importncia de se

estudar os sistemas trmicos?

Com quais sistemas trmicos voc interage no seu dia a dia?

Hoje voc consegue descrever os princpios de funcionamentoou os componentes dos sistemas trmicos voc interage?

Voc sabe modelar matematicamente os sistemas trmicos

com os quais voc interage no seu dia a dia?

Voc consegue descrever os limites de operao dos sistemas

trmicos?



INTRODUO

possvel descrever o funcionamento deste sistema?



INTRODUO

possvel descrever o funcionamento destes sistemas?



INTRODUO

Os sistemas trmicos so aplicados em:

Usinas termeltricas com motores a vapor, a gs e a combustointerna; Sistemas de gerao e utilizao de vapor; Sistemas de cogerao; Fornos industriais; Refrigeradores; Foges e micro-ondas; Sistemas de condicionamento de ar; Motores automotivos;

Estufas; Sistemas de aquecimento solar; Canhes de neve; Bombas de calor; Secadores de gros, de madeira, de roupa, etc.



INTRODUO

Um sistema termodinmico pode receber, transformar,armazenar e fornecerenergia. Se o sistema for aberto, poder ocorrertrocas de energia com o meio em forma de calor, trabalhoou atravs damassaque passa por sua fronteira.

Esta dependncia est ligada ao princpio da conservao daenergia, que estabelece que: a energia se transforma, mas no se

extingue e nem se cria.

O somatrio de todasas energias que entram no

sistema, comparadas com ototal que sai, poder sermaior, igual ou menor,dependendo da quantidade que

fica retido dentro do sistema.



INTRODUO

Quando se afirma que um sistema termodinmico ou uma

mquina produz energia, na realidade ela somente transformaenergia, como por exemplo:

Um motor eltrico transforma energia eltrica em trabalho

mecnicosque sai atravs de sei eixo;

Um motor de um automvel transforma a energia qumica do

combustvel em calore este em trabalho mecnico;

Uma turbina hidrulica transforma a energia potencial da gua

em eletricidade;

Uma turbina a vapor ou a gs transforma a

energia qumica do gs em energia eltrica.



INTRODUO

Em todas as mquinas o rendimento de transformaonunca total, por causa, principalmente, dos seguintes fatores: Atritoentre as partes mecnicas em movimento relativo; Variao de algumas propriedades com as condies atmosfricas do

local da instalao do sistema; Efeito Joule; Qualidade do combustvel utilizado; Emisso de gases; Rudo excessivo; Modulao de carga do sistema;

Regime de operao do sistema; Perdaspor efeito do movimento de um fluidodentro da mquina; Perdas por meio dos gases de escape, por alta temperatura e pela

presena de combustvel no queimado (misturas ricas);

Outras.



CONCEITOS, DEFINIES E ENUNCIADOS

Calor (Q): a energia que se transfere de um corpo para

outro ou de um ponto para outro de um mesmo corpo,movida somente pela diferena de temperatura, at quese atinja o equilbrio trmico.

O calor uma propriedade de fronteira e, parahaver transferncia de calor no h necessidade demassa entre os dois corpos.

O calor Q que passa pelas fronteiras do sistemadepende do processo.




Calor (Q):

2

1

21 QQ 1,0 [J] = 1,0 [N . m]

Comparao entre Calor e Trabalho

TcmQ




Calor (Q):

2

1

21 QQ 1,0 (W) = 1,0 (J/s)TcmQ Onde:Q = quantidade de calor sensvel (cal ou J).

c = calor especfico da substncia queconstitui o corpo (cal/g . C ou J/kg . C).m = massa do corpo (g ou kg).T= variao de temperatura (C).

Quando:Q>0: o corpo ganha calor.

Q



Exerccio 1: Qual a quantidade de calor sensvel

necessria para aquecer uma barra de ferro, em (kJ),cuja massa de 2,0 (kg) de 20 (C) para 200 (C)?Dado: calor especfico do ferro = 0,119 (cal/g . C)?

EXERCCIO DE APLICAO

Exerccio 2: Qual a quantidade de calor necessria paraque um litro de gua vaporize? Dado: densidade da

gua = 1,0 (g/cm) e calor latente de vaporizao dagua = 540 (cal/g).




Temperatura (T):

Esta uma grandeza fsica que mede o estado deagitao mdia das partculasdo corpo.




Escalas de Temperatura (T):

So valores normalizados destinados a servir comoreferncia de comparao para a agitao dos corpos.



Escalas de Temperatura

PROCESSOS, TRANSFORMAES E CICLOS

Escalas de Medio

Celsius, Fahrenheit

Escalas Absolutas

Kelvin, Rankine



Escala de Temperatura

1 - Kelvin e Celsius: T(K) = 273,16 + T(C)2 - Rankine e Kelvin: T(R) = 1,8 . T(K)3 - Fahrenheit e Rankine: T (F) = T(R) - 459,674 - Fahrenheit e Celsius: T (F) = 1,8 . T(C) + 32

PROCESSOS, TRANSFORMAES E CILCOS


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Exerccio 3. Escreva a relao entre graus Celsius (C) eFahrenheit (F).

EXERCCIO DE APLICAO

Soluo: Interpolando linearmente as escalasentre a referncia de gelo fundente ea referncia de vaporizao da gua,tem-se:

32212

32

0100

0

FC oo

)32F(9

5C oo


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TermmetroDigital

TermmetroInfravermelho

Medidores de Temperatura

Termmetro

Convencional

Termmetro de Gs devolume constante


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Escala de Gs

Escala de Temperatura de Gs Escala Kelvin

Temperatura do banho

a uma constante arbitrria

pT a

tpp

16,273

a

tpppT 16,273


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OBJETIVO

O objetivo principal da Faculdade de EngenhariaMecnica - FEM prover formao que capacite o

profissional para a soluo de problemas do mundo real,

por meio do desenvolvimento e aplicao de novastecnologias considerando seus aspectos tcnicos,

econmicos, polticos, sociais, ambientais e culturais,

com viso tica e humanstica, em consonncia com asdemandas da sociedade.


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OBJETIVO PERMANENTES DO CURO

Alguns dos objetivos permanentes da FEM so:a) Oferecer aos estudantes uma boa formao bsica interligada

s disciplinas de formao profissional e especfica;b) Desenvolver atividades prticas nas disciplinas para que os

alunos possam aplicar os conhecimentos tericos e entender a

importncia dos mesmos na sua formao, bem comodesenvolver habilidades tcnico-profissionais;c) Capacitar os alunos a resolverem problemas de engenharia

atravs do domnio de conhecimentos profissionalizantes e

especficos;d) Proporcionar atividades acadmicas que permitam o

desenvolvimento de trabalhos e projetos interdisciplinares emequipe e a integrao dos conhecimentos do curso;


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OBJETIVO PERMANENTES DO CURO

Alguns dos objetivos permanentes da FEM so:e) Promover a interao dos docentes e discentes com a

indstria e instituies de ensino, atravs de projetos depesquisa e extenso, estgios e outras atividades acadmicas;

f) Desenvolver atividades cientficas de alto nvel, visandoformar engenheiros com habilidades para pesquisa cientfica etecnolgica;

g) Estimular uma atitude proativa do aluno na busca doconhecimento e nas relaes interpessoais de modo a facilitarsua insero e evoluo tcnica no mercado de trabalho.

h) Promover a divulgao de conhecimentos tcnicos, cientficose culturais que constituem patrimnio da humanidade ecomunicar o saber atravs do ensino, de publicaes ou de

outras formas de comunicao.


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EMENTA DO CURSO

Ciclos motores padres de ar;

Tipos de motores e sua operao; Componentes de motores e parmetros operacionais;

Combusto de misturas ar-combustvel;

Formao de poluentes e controle Modelos ideais para ciclos reais;

Admisso e exausto de gases;

Transferncia de calor em motores: Atrito e Lubrificao;

Caractersticas operacionais de motores;

Turbinas a gs.


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CONTEDO PROGRAMTICO

Visando atender a ementa do curso, o contedo

programtico ter os seguintes tpicos: Introduo aos sistemas trmicos;

Ciclos de Potncia:

Conceitos, definies e enunciados; Ciclo de Carnot.

Ciclos motores padres de ar:

Sistema de potncia a vapor; Sistema de potncia a gs;

Sistema de refrigerao e bomba de calor.


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CONTEDO PROGRAMTICO

Motores de combusto interna: Tipos; Componentes principais; Princpio de funcionamento; Processos de combusto; Transmisso de calor em motores; Caractersticas operacionais; Emisso e controle de gases.

Turbinas a gs: Tipos; Componentes principais; Aplicao; Princpio de funcionamento; Caractersticas operacionais.


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CARGA HORRIA

Aulas com durao de 55 minutos cada:

Quatro aulas semanais; 60 aulas tericas;

08 aulas prticas;

Totalizando 68 aulas no semestre. Disponibilidade das Apresentaes das Aulas: a apostila,

as apresentaes, lista de exerccios, etc., sero

disponibilizadas somente pelo sistema SIGAA (Comunidade

virtual Sistemas Trmicos I);

Cabe a cada um dos alunos obter os arquivos da disciplina, de

forma alguma, os arquivos sero repassados em sala de aula.


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FORMAS DE AVALIAO

As regras de pontuao seguem as que esto contidas

no projeto pedaggico do curso, ou seja, a avaliao segue oregimento da UFPA, prevendo-se a atribuio de duas notasbimestrais e havendo, ao fim do semestre, a aplicao dosexame final.

A frequnciatambm apurada conforme regimentoda Universidade. Sendo necessrio uma participao acimade 75 % de presena nas aulas.

A avaliao feita por meio de provas escritas,trabalhos individuais ou em grupo; atividades prticas, entreoutras situaes avaliativas, sempre adequadas metodologia empregada pelo professor.

E


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FORMAS DE AVALIAO

Ser realizada, por bimestre, uma avaliao. Cadaavaliao ser dividida nas seguintes atividades: uma provaterica, um trabalho (pesquisa aplicada) e uma lista deexerccios, com a seguinte distribuio:Primeiro Bimestre: (peso 2) Data Provvel 02/03/2016.

P1 - Prova terica: 60 %;T1 - Trabalho prtico em grupo: 30 %; L1 - Lista de exerccios em sala 10 %.

Segundo Bimestre: (peso 3) Data Provvel 20/04/2016.P2 - Prova terica: 70 %;T2 - Trabalho prtico: 20 %;L2 - Lista de exerccios em sala 10 %.

Prova final abrangendo todo o contedo: Valor de 100 % DataProvvel 02/05/2016.

F RM DE V L


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FORMAS DE AVALIAO

Os valores das notas de cada avaliao bimestral sero

convertidos nos respectivos conceitos, com a seguinte variao: Sem Rendimento (SRD): para alunos que nocomparecerem ou desenvolveram as atividades dosbimestres ou final;

Insuficiente (INS): 0 a 49,99; Regular (REG): 50,0 a 69,99; Bom (BOM):70,0 a 89,99; Excelente (EXC): 90,0 a 100,0;

importante lembrar que para ser aprovado um alunodeve ter pontuaoacima de 70 %e presenanas aulas acimade 75 %, respectivamente.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS


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Bibliografia Bsica:

1. Martins, Jorge, Motores de Combusto Interna,

Publindstria, 3 Edio, 2011, ISBN 9789728953850.

2. Heywood, John B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, 1988. ISBN 978007028637

Nmero de Chamada UFPA:621.43 H622i.

3. Brunetti, Franco, Motores de Combusto Interna - Vol. 1,

Editora: Blucher, 2012, ISBN 9788521207085.



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Bibliografia Complementar

1. Brunetti, Franco, Motores de Combusto Interna - Vol. 2, Editora:Blucher 2012, ISBN: 9788521207092.

2. Taylor, Charles F., Anlise dos Motores de Combusto Interna,

Editora Edgard Blucher Ltda, 2000. Nmero de Chamada UFPA:

621.43 T239a.

3. OBERT, Edward F.. Motores de Combusto Interna. P. Alegre: Globo,

1971. Nmero de Chamada UFPA:621.43 O12.

4. GARCIA, Roberto, Combustveis e Combusto Industrial. Rio deJaneiro: Intercincia, 2002. ISBN 8571930606. Nmero de Chamada

UFPA: 662.6 G216c

5. GIACOSA, Dante. Motores de Combusto Interna. McGraw Hill, 2002.

DISCUSSO


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DISCUSSO

Procedimentos na Sala de Aula

CONCEITOS DEFINIES E ENUNCIADOS


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Representao da Mudana de Estado - Trocas de calorPara que o estudo de trocas de calor seja realizado com

maior preciso, este realizado dentro de um aparelho chamadocalormetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz detrocar calor com o ambiente e com seu interior.

Dentro de um calormetro, os corpos colocados trocamcalor at atingir o equilbrio trmico. Como os corpos no trocamcalor com o calormetro e nem com o meio em que se encontram,toda a energia trmica passa de um corpo ao outro.

Como, ao absorver calor Q > 0e ao transmitir calor Q < 0,a soma de todas as energias trmicas nula, ou seja:Q=0

+ + + +



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Representao da Mudana de Estado Calor Sensvel

denominado calor sensvel, a quantidade de calorque tem como efeito apenas a alterao da temperaturade um corpo.

Este fenmeno regido pela lei fsica conhecidacomo Equao Fundamental da Calorimetria, que diz que aquantidade de calor sensvel (Q) igual ao produto de suamassa (m), da variao da temperatura (T) e de umaconstante de proporcionalidade (c) que dependente danatureza de cada corpo denominada calor especfico.

=



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Representao da Mudana de Estado Calor LatenteNem toda a troca de calor existente na natureza se

detm a modificar a temperatura dos corpos. Em algunscasos h mudana de estado fsico destes corpos. Nestecaso, chama-se a quantidade de calor calculada de calorlatente.

A quantidade de calor latente (QL) igual aoproduto da massa do corpo (m) e de uma constante deproporcionalidade (L).

= Quando:Q>0:o corpo funde ou vaporiza.Q


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Representao da Mudana de Estado Calor Latente

A constante de proporcionalidade chamadacalor latente de mudana de fase e se refere aquantidade de calor que 1,0 (g) da substncia calculadanecessita para mudar de uma fase para outra.

Alm de depender da natureza da substncia,este valor numrico depende de cada mudana deestado fsico. Por exemplo, para a gua:

EXERCCIO DE APLICAO


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Exerccio 4: Para derreter uma barra de um material wde

1,80 (kg) necessrio aquec-lo at a temperatura de1000 (C). Sendo a temperatura do ambiente nomomento analisado 20 (C) e que o calor especfico domaterial de c = 4,3 (J/kg . C), qual a quantidade decalor necessria para derreter a barra?

EXERCCIO DE APLICAO

Exerccio 5: Um bloco de ferro de volume igual a 15 (cm) resfriado de 300 (C) para 0 (C). Determinar

quantas calorias o bloco perde para o ambiente?Dados: densidade do ferro = 7,85 (g/cm) e calorespecfico do ferro = 0,11 (cal/g . C).



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Representao da Mudana de Estado - Trocas de calor



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Representao da Mudana de Estado



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Ponto Triplo da gua

para a gua:P = 0,6113 (kPa)e T = 0,01 (C)

para a gua a temperatura doponto triplo: T = 273,16 (K)

CONCEITOS FUNDAMENTAIS Presso


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Conceito de Presso

A

Fp NormalAA

lim

CONCEITOS FUNDAMENTAIS - Presso

Presso Absoluta e Relativa


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1 (atm) = 10332,27 (kgf/cm)

1 (atm) = 760 (mmHg) = 101,325 (kPa); 1 (atm) = 1,013250 (bar);

1 (bar) = 105 (N/m2- Pa); 1 (bar) = 0,9869 (atm); 1 (bar) = 100 (kPa).


pabs

= patm

+ pm

pm= pabs- patm

Medidores de Presso


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ghhp

Piezmetro

Esquema de um manmetro em U

Manmetro do tipo Bourdon

Medidores de Presso

Sensor de presso

ghhpp atm

EXERCCIO DE APLICAO


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Exerccio 6.Um manmetro instalado em uma tubulao

de vapor registra a presso de 50 (kPa). Se a pressoatmosfrica local de 101,325 (kPa), determine apresso absoluta correspondente.

EXERCCIO DE APLICAO

Soluo:

kPa151,32550101,325p efetivaatmabs pp



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Trabalho (W):

Um sistema termodinmico produz trabalho quandotoda energia liberada pode ser convertida no aumento daenergia potencial da posio de um em relao a outrocorpo, ou seja, neste sistema o trabalho produzido deve ter

o mesmo efeito sobre o meio (tudo externo ao sistema) queo de levantamento de um peso.



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Trabalho

dxFW 1 [J] = 1 [N . m]

Trabalho de Expanso

dVPW

dxAPdxFW

t

WW

1,0 (W) = 1,0 (J/s)Potncia

1 (cal) = 4,1865 (J)

Consideraes sobre o Calor e o Trabalho


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Consideraes sobre o Calor e o Trabalho

O calore o trabalho so, ambos, fenmenos transitrios.

Os sistemas nunca possuem calor ou trabalho, pormqualquer um deles ou, ambos, atravessam a fronteira dosistema, quando o sistema sofre uma mudana de estado.

Tanto o calor quanto o trabalho so fenmenos defronteira. Ambos so observados somentenas fronteirasdo sistema, e ambos representam energia atravessando afronteira do sistema.Tanto calor como trabalho so funes de linha e tmdiferenciais inexatas.Calor e trabalho NO so propriedades termodinmicas.



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Estado: a condio de uma substncia ou corpo que pode ser

identificada ou descrita por certas propriedades macroscpicasobservveis, como por exemplo, a temperatura, a presso e densidade.

Quando um sistema est em equilbrio, em relao a todas aspossveis mudanas de estado, diz-se que ele encontra-se em equilbriotermodinmico.



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Processos:

o caminho definido pela sucesso de estados atravs dosquais o sistema passa, entre outras palavras, um processo ocorrequando um fluido de trabalho de um sistema trmico passa de umestado de equilbrio para outro, atravs de uma srie de estados de

equilbrio intermedirios. Equilbrio Termodinmico:

Ocorre quando um sistema est, em um mesmo instante de tempo,em equilbrio mecnico (mesma presso), qumico e trmico (mesmatemperatura em todo o sistema). Nesta condio o sistema consideradoem equilbrio termodinmico sendo que, a temperatura e a presso soconsiderados como propriedade do sistema.

PROCESSOS TRANSFORMAES E CICLOS


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Caminho descrito pelo

sistema na transformao.P1V1T1U1

P2V2T2U2

Processos Durante a transformaoIsotrmico Temperatura invarivel (Constante)Isobrico Presso invarivel (Constante)Isovolumtrico,Isocrico, Isomtrico Volume (Constante)

Adiabtico nula a transferncia de calor com avizinhana (sem transferncia de calor).Isoentalpico Entalpia invarivel (Constante)Isoentrpico Entropia invarivel (Constante)

Estado 2Estado 1

EXERCCIO DE APLICAO


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Exerccio 7: A que quantidade de calor deve absorver umaamostra de gelo de massa igual a 720 (g) a 10 (C) para

passa ao estado lquido a 15 (C)? Se for fornecido ao gelouma energia total, na forma de calor, de apenas 210 (kJ),quais so o estado final e a temperatura da amostra?

EXERCCIO DE APLICAO

Exerccio 8: Um lingote de cobre de massa igual a 75 (g)

aquecido em um forno de laboratrio at a temperatura de312 (C). Em seguida, o lingote colocado em um bquer devidro contendo uma massa de 220 (g) de gua. A capacidadetrmica do bquer de 45 (cal/K) A temperatura inicial dagua e do bquer de 12 (C). Supondo que o lingote, obquer e a gua so um sistema isolado e que a gua no vaporizada, determine a temperatura final do sistemaquando o equilbrio trmico for atingido.



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Ciclos Termodinmicos:

Um ciclo termodinmico ocorre quando um fluido detrabalho de um sistema (substncia), em um dado estadoinicial, passa por uma srie de mudana de estados

(processos), podendo retornar ou no para o seu estado inicialou ser renovado.O ciclo em que o fluido de trabalho no retorna ao seu

estado inicial chamado de ciclo aberto. Neste caso, existe

a necessidade de renovao do fluido de trabalho, pois no fimdo processo o fluido de trabalho apresenta caractersticas epropriedades diferentesdo estado inicial.



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Ciclo Termodinmico


Estado 1 Estado 2

P1;T1;V1;m1;...

P2;T2;

V2;m2;...

O ciclo onde o fluido de trabalho retornaao seu estadoinicial e recirculado na mquina trmica chamado de ciclo

fechado.



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Transformao

P1

V1T1U1

P2

V2T2U2

Estado 1 Estado 2Transformao

Variveis deestado

Variveis deestado

Estado 2Estado 1



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ON E OS, DEF N ES E ENUN DOS

Mquinas Trmicas:

Assim como na termodinmica, em sistemas trmicos asmquinas trmicas so sistemas ou dispositivos que operam segundo

um ciclo termodinmico e que realizam a converso de calor ou

energia trmica e em trabalho mecnico. Isto se d quando umafonte de calor leva uma substncia de trabalho de um estado de

baixa temperatura para um estado de temperatura mais alta.

A substncia de trabalho (normalmente gs ou vapor em

expanso trmica) transfere essa energia atravs de sua expansono interior da mquina trmica, acionando o sistema mecnico

(pisto, rotor ou outro) e realizando trabalho.



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,

Mquinas Trmicas:



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,

Reservatrio Trmico:

um tipo de sistema fechado que sempre mantm atemperatura constante mesmo que a energia seja adicionada ouremovida por transferncia de calor.

Motor:

uma mquina trmica a pisto ou de fluxo destinada aconverter qualquer forma de energia em energia mecnica, ou

seja, os motores podem ser definidos como todo tipo deconjunto mecnico capaz de transformar uma forma qualquer deenergia em energia mecnica.



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,

Motores:Esses motores podem ser divididos em: Elicos; Hidrulicos; Eltricos e

Trmicos: De combusto externa e De combusto interna).



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,

Mquinas Trmicas:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Beta_stirling_animation.gif


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Turbina: uma mquina trmica de fluxo

construda para captar e converter energiamecnica e trmica contida em um fluido,em trabalho de eixo.



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Rendimento:O rendimento de uma mquina trmica o quociente

entre o trabalho total produzido e o trabalho (ou calor) gastonecessrio para que ela funcione, sendo assim o rendimento deuma mquina nunca pode ser igual a 100 %.

Pode-se ainda dizer que o rendimento a eficincia

com que uma mquina trmica funciona. Em geral o rendimentodas mquinas baixo: Motores de automveis rendem em mdia 22%; Motores a diesel rendem em mdia de 15 a 30%; Grandes turbinas a gs da ordem de 25 a 35%; Turbinas a vapor da ordem de 35 a 45 %; O motor de Stirling tem um dos maiores rendimentos,

podendo chegar a 40 %.

UNIDADES DE MEDIDA


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Unidades de Fora

GRANDEZAS

FUNDAMENTAIS

UNIDADES FUNDAMENTAIS

NOME SMBOLO

Comprimento metro m

Fora

Quilograma fora

kgf

Capacidade Litro l

Tempo Segundo / Hora s / h

Massa Quilograma kg

Potncia Watt W

Energia Joule J

Temperatura Celsius / Kelvin C / K

UNIDADES DE MEDIDA


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Sistemas de Unidades


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SISTEMA TRMICO DE UNIDADES


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Grandezas e Unidades Derivadas

GRANDEZADERIVADA

EQUAO FSICA

SIMBOLOGIA

UNIDADEDERIVADA

Massa

UTM

Energia

Kilogramametro

Trabalho

Kilogramametro

Calor

Kilocaloria

Potncia

kilogramametro/s

Presso

-----

Volumeespecfico

-----

Peso especfico

-----

EXERCCIO DE APLICAO


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Exerccio 9: Um bloco de um material desconhecido e de

massa 1,5 (kg) encontra-se temperatura de 80 (C), aoser encostado em outro bloco do mesmo material, demassa 500 (g) e que est em temperatura ambiente20 (C). Qual a temperatura que os dois alcanam em

contato? Considere que os blocos estejam em umcalormetro.

Exerccio 10: Em uma cozinha, uma chaleira com 1,0 (l) de

gua ferve. Para que ela pare, so adicionados 500 (ml)de gua 10 (C). Qual a temperatura do equilbrio dosistema?.

Fatores de Converso de Unidades


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COMPRIMENTO1 m 3,281 ft = 39,37 in

1 cm = 0,3937 in1 km = 0,6214 in

1 ft = 0,3048 m

1 in = 0,0254 m1 in = 5280 ft = 1609,3REA1 m2= 10,76 ft21 cm2= 0,1550 in2

1 ft2= 0,0929 m21 in2= 645,16 mm2

VOLUME1 m3 = 35,315 ft31 cm3= 0,06102 in31 l = 0,001 m3= 0,035315 ft3

1 gal = 231 in3

1 ft3= 0,028 317 m31 in3= 1.6387 x 10-5m31 gal = 0,0037854 m3

MASSA1 lg = 2,20462 lbm1 ton = 1000 kg1 lbm = 0,453592 kg

1 slug = 14,594 kg1 ton = 2000 lbm



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PRESSO

1 Pa = 1 N/m21 kPa = 0,145038 psi1 in Hg = 0,9412 psi1 mm Hg = 0,1333 kPa

1 psi = 6,894757 kPa1 inHg = 3,387 kPa1 bar = 100 kPa1 atm = 101,325 kPa = 14,696 psi =760 mmHg = 29,92 inHg

FORA1 N = 1 kg m/s2

1 N = 0,224809 lbf

1 lbf = 4,448222 N

1 dina = 1 x 10-5N

ENERGIA

1 Btu= 778,169 ft lbf1 J = 9,478 x 10-4Btu1 cal = 4,1840 J

1 Btu = 1,055056 kJ1 ft lbf = 1,3558 J1 IT cal = 4,1868 J



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ENERGIA ESPECFICA

1 kJ/kg = 0,42992 Btu/lbm1 kJ/kg mol = 0,4299 Btu/lbmol

1 Btu/lbm = 2,326 kJ/kg1 Btu/lbmol = 2,326 kJ/kg mol

ENTROPIA ESPECFICA, CALOR ESPECFICO, CONSTANTE DOGS

1 kJ/kg K = 0,2388 Btu/lbm R1 kJ/kg mol K = 0,2388 Btu/lbmol R 1 Btu/lbmR = 4,1868 kJ/kg K1 Btu/lbmolR = 4,1868 kJ/kg K

MASSA ESPECFICA

1 kg/m3= 0,062428 lbm/ft3 1 lbm/ft3= 16,0185 kg/m3

VOLUME ESPECFICO1 m3/kg = 16,018 ft3/lbm 1 ft3/lbm = 0,062428 m3/kg



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POTNCIA

1 W = 1 J/s1 kW = 1,3410 hp = 3412 Btu/h1 W = 735,5 cv

Btu = 1,055056 kW1 hp = 550 ft lbf/s = 2545 Btu =745,7 W1 W = 746,5 hp

VELOCIDADE

1 m/s = 3,281 ft/s =1 ft/s = 0,3048 m/s 1 mph = 1,467 ft/s = 0,4470 m/s

TEMPERATURAT[C] = (5/9) . (T[F] - 32)

T[

C] = T[K] 273,15T[K] = (5/9) . T[R]T[K] = 1,8 . T[R]

T[K] = T[C]

T[

F] = (9/5) . T[

C] + 32T[F] = T[R] 459,67T[R] = T[F]

REVISO


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Assuntos da Aula

INTRODUO AOS SISTEMAS TRMICOS;APRESENTAO DO CURSO:

Objetivo (objetivos permanentes); Ementa; Contedo Programtico; Carga Horria; Formas de Avaliao; Referncias.

CONCEITOS, DEFINIES E ENUNCIADOS: Calor e Trabalho; Estado e Processos;

Equilbrio e Ciclo Termodinmicos; Mquinas e Reservatrios Trmicos; Exerccios de Aplicao; Unidades de Medida;

REVISO.

AGRADECIMENTO


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MUITO OBRIGADO!

Sistemas Térmicos I - Aulas 1 e 2 - Introdução - 2016

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