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quarta-feira, 22 de maio de 2013
segunda-feira, 6 de maio de 2013
Des. Téc. Aplicado - Atividade Extra 3
Atividade Extra 3
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Apostila Termodinâmica
Apostila Termodinâmica
Sumário
1 INTRODUÇÃO A TERMODINÂMICA . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.0.1 Unidades SI e inglesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.0.2 Razões de conversões unitárias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 SISTEMAS E VOLUMES DE CONTROLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.1 Propriedades de um sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 DENSIDADE E DENSIDADE RELATIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 ESTADO E EQUILÍBRIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 PROCESSOS E CICLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5 PROCESSO EM REGIME PERMANENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6 LEI ZERO DA TERMODINÂMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.7 PRESSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.8 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 ENERGIA, CONCEITOS, TRANSFERÊNCIA E ANÁLISE . . 24
2.1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 FORMAS DE ENERGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1 energia interna (U) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 ENERGIA MECÂNICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.1 Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.2 Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.3 Notas sobre calor e trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.4 Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.5 Trabalho de eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.6 Trabalho contra uma mola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.5 A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6 EXERCICIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3 SUBSTÂNCIAS PURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 PROCESSOS DE MUDANÇA DE FASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 DIAGRAMAS DE PROPRIEDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.1 Diagrama T-v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.2 Diagrama P-v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4 ENTALPIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5 EQUAÇÃO DE ESTADO DO GÁS IDEAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.6 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.1 Exercício . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.2 Exercício . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 ANÁLISE DE ENERGIA DE SISTEMAS FECHADOS . . . . . 52
4.1 PROCESSO POLITRÓPICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2 BALANÇO DE ENERGIA EM SISTEMAS FECHADOS . . . . . . . . . . . . . . 54
4.3 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5 ANÁLISE DA MASSA E DE ENERGIA EM VOLUMES DE
CONTROLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.1 CONSERVAÇÃO DA MASSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2 PROCESSOS TERMODINÂMICOS QUE ENVOLVEM VC . . . . . . . . . . . . . 58
5.3 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6 A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA . . . . . . . . . . . . . 61
6.1 INTRODUÇÃO À SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 RESERVATÓRIOS DE ENERGIA TÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.3 MÁQUINAS TÉRMICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.3.1 E ciência térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.4 ENUNCIADO DE KELVIN PLANCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.5 REFRIGERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.6 BOMBA DE CALOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.7 COEFICIENTE DE PERFORMANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.7.1 Coe ciente de Performance de Refrigeração . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.7.2 Coe ciente de Performance da Bomba de Calor . . . . . . . . . . . . . 69
6.8 ENUNCIADO DE CLAUSIUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.9 MOTO-CONTÍNUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.10 O PROCESSO REVERSÍVEL E IRREVERSÍVEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.10.1 Fatores que tornam irreversível um processo . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.11 CICLO DE CARNOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.11.1 Ciclo de Carnot de Refrigeração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.11.2 Os princípios de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.11.3 A escala termodinâmica de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.12 A MÁQUINA TÉRMICA DE CARNOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.13 A BOMBA DE CALOR E O REFRIGERADOR DE CARNOT . . . . . . . . . . . 77
6.14 EXERCICIOS RESOLVIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.15 EXERCICIOS PROPOSTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.16 SOLUÇÃO DE ALGUNS EXERCÍCIOS PROPOSTOS . . . . . . . . . . . . . . . 81
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
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