Prova de Termodinâmica

2016.2_T6_CassioLinderberg

Clique aqui para acessar sua prova e digite seu código de acesso

2016.2_T4_WesleyBarros

Clique aqui para acessar sua prova e digite seu código de acesso

2016_T6_DanielGleig

Clique aqui para acessar sua prova

2016.2_T04_RangelLapa

PARA ACESSAR SUA PROVA, CLIQUE AQUI E DIGITE SUA SENHA

Acesso a Prova 2 Termodinâmica

Semestre 2016.2 
Clique em seu nome para acesso a sua área restrita e sua prova:

Turma 04

Rangel Lapa

Wesley Barros

Turma 06

Cássio Teixeira

Daniel Gleig

Paulo Dantas

2016.2_T06_Paulo Dantas

PARA ACESSAR SUA PROVA - CLIQUE AQUI E DIGITE SUA SENHA

A simple text about Web Service

Web Service is defined as the provision of a service that can be accessed through the Internet. It represents a well-defined business logic allowing interaction with clients.

These clients send well-defined requests and receive:
- synchronous responses, in which the client is blocked waiting for the service to complete its execution, and
- asynchronous, with no need to wait for the execution to end.

Services exposed as Web Services have business logic that must encapsulate rules or functionalities that represent business rules. They must be published and accessed through a standard language of publication and a specific communication protocol.

A Web Service has a weakly coupled internal structure, that is, the implementation of the service can change at any time without affecting its use by the client.

By adopting this type of technology we can make the systems better modularized and reach Levels of integration. It supports remote procedure calls (RPC), which allows the client to invoke remote object operations using an XML-based protocol. Each operation must optionally expose input parameters and set its return type.

Components of a Web Service

HTTP protocol: standard protocol for transmission of data over the Internet.

XML: standard format for information exchange. It has strict syntax and lightness in the data storage. Main element of the Web Services technology.

Simple Object Access Protocol (SOAP): Provides a standard packaging framework for transporting XML documents over the Internet.

Web Service Description Language (WSDL): XML technology that describes in a standardized way the interface of a Web Service. It determines:
- how the parameters of the external call input and output,
-the structure of the functions,
-the nature of the call (input / output and output only),
- the connection protocol with the service are represented, and
- how clients interact and execute services.

Universal Description, Discovery, and Integration (UDDI): describes a worldwide registry of services and serves as integration, advertisement, and service discovery. You can use this registry to discover services available on the Internet.

Introduction to tecnologies Web Services: SOA, SOAP, WSDL and UDDI - Part I

In the year 2000, the World Wide Web Consortium (W3C) accepted the submission of the Simple Object Access Protocol (SOAP). This XML-based message format has established a transmission structure for communication among applications (or among services) via HTTP. As a vendor-free technology, SOAP has provided an attractive alternative over traditional proprietary protocols such as CORBA and DCOM.

During the following year, the W3C published the WSDL specification. A new XML implementation, this standard provided a language for describing the web services interface. Subsequently supplemented by the Universal Description, Discovery and Integration (UDDI) specification, which provided a standard mechanism for dynamic discovery (dynamic discovery) of service descriptions, the first generation of the Web services platform was established.

The concept of services in an application has been around for some time. Services, as well as components, are considered independent building blocks, which collectively represent an application environment. However, unlike traditional components, services have some unique features that allow them to participate as part of a service-oriented architecture.

One of these characteristics is the complete autonomy in relation to other services. This means that each service is responsible for its own domain, which typically means limiting its scope to a specific business function (or group of related functions).

This design approach results in the creation of isolated units of business features weakly linked to each other. This is possible because of the definition of a standard communication structure. Because of the independence these services enjoy within this framework, the programming logic they encapsulate need not obey any other platform or set of technologies.

XML Web services

The most widely accepted and successful type of service is the XML Web service, which will henceforth be called Web Service only, or simply service. This type of service has two fundamental requirements:

• Communicates via internet protocols (usually HTTP);  and
• Sends and receives data formatted as XML documents.

The widespread acceptance of web service has resulted in the emergence of a set of supplementary technologies that have become a standard. So when developing web services, the use of technologies must consider:

• Provide a service description that, at a minimum, consists of a WSDL document; and 
• Be able to carry XML documents using SOAP over HTTP.

These technologies do not modify the core functionality of a web service, much as it does its ability to represent and communicate in a standard mode. Many of the architecture conventions expressed in this article assume that SOAP and WSDL are part of the described web services framework.

In addition, it is normal for a Web service to be:

• Able to act as the requester and provider of a service;
• Registered with a discovery agent through which they can be located.

In a typical conversation with a web service, the request initiator client is a web service as well. Any interface exposed by this client service also qualifies it as a service from which other services may request information. That said, web services do not fit into the classic client-server model. In fact, they tend to establish a point-to-point system, where each service can act as client or server.

Businesses using cloud computing services unknowingly

Cloud computing  services (CCS) embrace hardware, software or data storage services suportted offsite and available in the internet.  In October, Leber Marketing conducted an online survey,   which involved various sectors of the businesses and organizations, and found that: (i) 29 per cent out of 705 respondents take advantage of CCS, and the remaining, one out of five employ  CCS unknowingly; (ii) the majority were doubtful with respect to security or privacy; and (iii) 10 per cent plan to join the use of the CCS.  According to Ontario information and privacy commissioner, A. Cavoukian,  the option of CCS ensures the improvement in flexibility and reliability, reducing costs and enhancing collaboration by CCS providers.  Whereas as stated by R.Cook, University of Toronton,  data services kept in company or CCS providers must have work very hard to ensure privacy and security in the cloud. In turn, lawyer  M. Power suggested that businesses must pay attention to cloud providers and abide by Canadian laws. For example, businesses must verify how their cloud providers would answer if law required them to open or acess to their data, and what disclosure, security policies, procedures and practices would be allowed.

Full text available at: http://www.cbc.ca/news/technology/story/2011/11/25/technology-cloud-computing-security-privacy.html

Trabalho Final - Termodinâmica - Sem2013.1

Escolher uma aplicação da Termodinâmica, elaborar e apresentar o descrito abaixo:

Trabalho Escrito : 

     Formatação: Seguir normas ABNT (sugestão - verifique formatos de importantes evento científicos, dissertações ou teses)

    Estrutura sugerida:   

-Capa

-Resumo

-Sumário

1-Introdução 

2-Objetivo

3-Revisões Bibliográficas

4-Materiais e Métodos

5-Resultados e Discussões

6-Conclusões

7-Referências Bibliográficas

Anexos

        Entrega do trabalho escrito, antes da apresentação oral, dia 18-06

Apresentação oral (dia 18/06)

Tempo de apresentação por aluno 5 min.

Avaliação para compor crédito 2 (substitui a Prova 2)

Valor 10 pontos , sendo: 

- 40% Trabalho Escrito

- 30% Apresentação Individual

- 30% Média Apresentação Grupo

Grupos de 4 alunos (máximo)

Notas - Semestre2013.1- CET045- Termodinâmica

Para visualizar a planilha de notas da disciplina Termodinâmica 
Clique aqui

CAD- CET830- Notas - Semestre2013.1

Crédito 1 - Clique aqui

Planilha de notas - todas - Clique aqui

Des. Téc. Aplicado - Atividade Extra 3

Atividade Extra 3

Elaborar desenho de folha de engenharia conforme o modelo disponível (clique aqui)

- o desenho deve envolver o uso de atributos, e criação de blocos, além de seguir as normas da ABNT.

Grupos de 4 alunos (máximo), onde cada grupo deve fazer um modelo específico.

Entregar até 09-05-2013, via Google Docs, usando conta pessoal do Google e compartilhando via e-mail do professor (gmail.com):
- o texto com tutorial conforme modelos da apostila e
- o arquivo do desenho

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

Lista de Exercícios - Termodinâmica - semestre 2013.1

Lista de Exercícios 1
- Para acessar a lista clique aqui
- Valor 10 pontos (Peso 5) para compor 3º crédito
- Lista deve ser entregue de forma manuscrita e individual
- Data da entrega 09-05-2013, antes da Prova 1

Lista de Exercícios 2
- Verifique no material de apoio Apostila 2013 os exercícios propostos da pág. 82 a 87, para download da apostila clique aqui
- Valor 10 pontos (Peso 5) para compor 3º crédito
- Lista deve ser entregue de forma manuscrita e pode ser feita em dupla
- Data da entrega 18-06-2013, antes da Prova 2

Entalpia

Para a maioria das substâncias, as relações entre propriedades termodinâmicas são apresentados como tabelas. Nestas tabelas verifica-se a utilização da propriedade entalpia. A entalpia é a combinação das propriedades 

                                                   h=u+Pv                                               (1)

ou

                                                  H=U+Pv                                              (2)

Na Tab.3 tem-se um exemplo de como usar as tabelas de propriedades. Quando as propriedades forem relacionadas a líquido saturado, usa-se o símbolo l e v para vapor saturado. Se for escrito lv, isto descreve a diferença entre os valores do vapor saturado e do líquido saturado. A quantidade h_lv é chamada de entalpia de vaporização ou calor latente de vaporização. Ela representa a quantidade de energia necessária para vaporizar uma massa unitária de líquido saturado a uma determinada temperatura ou pressão.

Tabela 3: Propriedades de subst. pura

ccengel1996termodinamica 

Outra propriedade útil é o título (x) que envolve a relação entre a massa do vapor e a massa total da mistura. Seu valor está entre 0 para o líquido saturado e 1 para o vapor saturado. 

 O título pode ser relacionado as distâncias horizontais de um diagrama P-v ou T-v (Fig.12).
Sendo possível demonstrar que a energia interna e a entalpia se relacionam ao título por:

Figura 12: Representação de título nos diagramas

ccengel1996termodinamica  

Diagramas de propriedades

3.1  Diagrama T-v

Na seção anterior foi feito um diagrama T-v para pressão de 1 atm. Se repertimos o processo a pressões diferentes, teremos o diagrama T-v da Fig.6. Neste diagrama observa-se que a medida que a pressão aumenta mais, a linha horizontal que concecta os estados de líquido e vapor saturado (linha de saturação) é menor, até que atinge um ponto chamado de ponto crítico, que portanto é definido como:

 ponto no qual os estados de líquido saturado e vapor saturado são idênticos.  

Figura 6: Diagrama T-v

ccengel1996termodinamica 

Acima do pressão crítica não existe um processo identificável de mudança de fase, o volume específico aumenta continuamente sempre existindo uma única fase presente. Entretanto, costumá-se chamar a região de vapor superaquecido. Se ligarmos todos os pontos de líquido saturado e da linha de vapor saturado tem-se o diagrama T-v da Fig.7

Figura 7: Diagrama T-v de substância pura

ccengel1996termodinamica 

3.2  Diagrama T-v

O diagrama T-v está ilustrado na Fig.30, observa-se que as linhas de T constante são descedentes.

 Figura 8: Diagrama P-v de substância pura

ccengel1996termodinamica 

Ao considerar as fases sólidas tem-se os diagramas das Fig.9 e 10.

Figura 9: Diagrama P-v incluindo a fase sólida de uma substância que se contrai ao solidificar

ccengel1996termodinamica 

Figura 10: Diagrama P-T de substância pura de uma substância que se expande ao solidificar

ccengel1996termodinamica 

Sob determinadas condições todas as 3 fases de uma substância pura coexistem em equilíbrio. Nos diagramas P-T esta condição aparece como um ponto chamado de ponto triplo (Fig.33).

Figura 11: Diagrama P-T de subst. pura e o ponto triplo

ccengel1996termodinamica  

Substâncias puras

1  Introdução

Uma substância pura é aquela que possui a mesma composição química em toda a sua extensão, como por exemplo, o hélio e o dióxido de carbono. Entretanto, não necessariamente uma substância pura deve possuir um único elemento químico, o importante é que a mistura seja homogênea, ou seja, tenha uma composição química uniforme. Isto vale também para mistura de duas ou mais fases, ou seja a composição químmica das fases tem que ser igual para ser considerado uma substância pura.

As fases principais de uma substância são sólida, líquida e gasosa e uma substância pode ter várias fases dentro de uma fase principal. No sólido as moléculas ocupam posições fixas, no líquido as moléculas se movimentam com relação aos outros, e no líquido se movimentam de maneira aleatória (Fig.1).

Figura 1: Organização dos átomos em (a) sólido, (b) líquido e (c) gasoso

ccengel1996termodinamica 

2  Processos de mudança de fase

Uma substância na fase líquida que não está pronta para se converter em vapor é chamada de líquido comprimido, caso esteja pronto para se vaporizar é chamado de líquido saturado. Por exemplo, num recipiente com água tipo pistão-cilindro, estado 1 (Fig. 2) que está sobre a pressão de 1 atm, ficará nesse estado até que calor seja transferido em quantidade suficiente. Ao chegar ao estado 2, onde a temperatura atinge 100º C a água está pronto para se vaporizar. Portanto, o estado 1 é de líquido comprimido enquanto o 2 é de líquido saturado.

Figura 2: Líquido comprimido e saturado

ccengel1996termodinamica 

Após o início da ebulição a temperatura pára de subir até que o líquido se converta inteiramente em vapor. Na metade do processo, estado 3 (Fig. 3), o líquido contém metade de cada fase vapor e líquida. Quando a última gota de líquido vaporizar (estado 4), tem-se o estado vapor saturado . Neste estado qualquer perda de calor faz com que o vapor se condense. No estado 5, a temperatura do vapor é 300ºC e desse modo, mesmo que se retire um pouco de energia ou massa, continuamos tendo vapor, desde que a temperatura se mantenha em 100ºC, neste estado onde o vapor não está pronto para se condensar tem-se vapor superaquecido.

Figura 3: Vapor saturado e superaquecido

ccengel1996termodinamica 

Na Fig.26 tem-se o processo citado acima de mudança de fase à pressão constante.

Figura 4: Diagrama T-v para processo de aquecimento à pressão constante

ccengel1996termodinamica 

A uma determinada pressão, a temperatura na qual uma substância pura muda de fase é chamada de temperatura de saturação $T_{sat}$

A uma determinada temperatura, a pressão na qual uma substância pura muda de fase é chamada de pressão de saturação $T_{sat}$

Tabelas de saturação relacionam a pressão de saturação em função da temperatura (ou a temperatrura de saturação em função da pressão) e tem-se estas tabelas para praticamente todas as substâncias, no caso da água está na Tabela 1 uma listagem parcial.

Tabela 1: Tabela de saturação da água

ccengel1996termodinamica 

A quantidade de energia absorvida ou liberada durante um processo de mudança de fase é chamada de calor latente.

Durante um processo de mudança de fase, pressão e temperatura são propriedade dependentes, diretamente. Na Figura 5 tem-se o exemplo para a água da curva de saturação líquido-vapor, sendo esta curva característica de todas substâncias puras. Assim, uma substância a pressão mais altal entra em ebulição a temperaturas mais altas, vide Tabela 2

Figura 5: Curva de saturação líquido-vapor da água

ccengel1996termodinamica 

Tabela 2: Variação da temperatura de ebulição

A primeira lei da termodinâmica

A Primeira Lei da Termodinâmica tem o seguinte enunciado:

energia não pode ser criada nem destruída durante um processo: ela pode apenas mudar de forma

Por exemplo, uma pedra em queda livre perde uma parcela de energia potencial (mgΔz) que é exatamente igual ao aumento da energia cinética () desde que resistência do ar seja desprezível.

Outros exemplos:

•     uma batata assando num forno, Fig. 1, onde a transferência de calor a batata faz com que sua energia total aumente numa quantidade igual à quantidade de calor transferido, desde que seja desprezada a perda de massa (umidade) da batata, ou seja, se 5 kJ for transferido a energia da batata aumenta em 5 kJ.

Figura 1: Batata assando num forno

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

•     o aquecimento da água numa panela, Fig. 2. O queimador transfere 15 kJ para a água, 3 kJ são perdidos da água para o ar ambiente, e portanto, o aumento da energia será igual a diferença de 12 kJ, que são efetivamente transferidos para a água.

Figura 2: aquecimento de água numa panela

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

•     a Fig.21 ilustra que num recepiente adiabático a energia total do sistema aumentará se for movimentada uma hélice, onde sendo a interação de calor (Q=0) tem-se que o trabalho de eixo 8 kJ é convertido em aumento da energia do sistema.

Figura 3: trabalho de eixo num recipiente adiabático

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

De acordo com os exemplos acima, tem-se que o princípio da conservação de energia pode ser expresso como:

a variação líquida da energia total do sistema durante um processo é igual à diferença entre a energia total que entra () e a energia total que sai () do sistema:

os valores das energias internas específicas ( e ) podem ser determinados através de tabelas de propriedades. Como a maioria dos sistemas são estacionários a equação se reduz a ΔE=ΔU.

A transferência de energia de um sistema pode ser de três formas: calor, trabalho e fluxo de massa (Fig. 4.

Figura 4: Formas de Transferência de Energia num volume de controle

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

A transferência de Calor gera aumento ou diminuição de energia interna, pois aumenta ou diminui a energia das moléculas.

A realizaçõ de trabalho sobre um sistema aumenta a energia do sistema. A energia transferida de um sistema para gerar trabalho, diminui a energia do sistema.

A energia do sistema aumenta ou diminui quando há entrada ou saída de massa, respectivamente, pois massa é na verdade energia.

Assim, explicitamente, o balanço de energia pode ser expresso pela equação abaixo, a qual pode ser re-escrita tanto por unidade de tempo como por unidade de massa:

                                                                                                  

Transferência de energia

Energia pode cruzar a fronteira do sistema de duas formas: calor e trabalho (Fig. 4).

Figura 4: Formas de transferência de energia de um sistema fechado

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

5.1  Calor

Calor é definido como a forma de energia transferida entre dois sistemas ou sua vizinhança em virtude da diferença de temperaturas. Ou seja, calor é energia em trânsito e só ocorre em gradientes de temperaturas diferentes. Um processo durante o qual não há transferência de calor é chamado de processo adiabático.

A quantidade de calor transferida entre dos estados é indicada por Q. A transferência de calor por unidade de massa é:

                                                                                                 

Calor é transferido por meio de três mecanismos: condução, convecção e radiação. A condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de uma substância para as partículas menos energéticas como resultado de interação entre as partículas. A convecção é a transferência de energia entre uma superfície sólida e o fluido adjacente em movimento, e envolve efeitos combinados da condução e do movimento do fluido. A radiação é a transferência de energia devido à emissão de ondas eletromagnéticas (ou fótons).

5.2  Trabalho

O trabalho é a transferência de energia associada a uma força que age ao longo de uma distância . O trabalho por unidade de massa é:

                                                                                               

O trabalho por unidade de tempo é chamado de potência (̇W) e sua unidade é kJ/s ou kW.

5.3  Notas sobre calor e trabalho

•     Calor e trabalho são grandezas direcionais e portanto adotá-se, em geral, a seguinte convenção:

 transferência de calor para um sistema e trabalho realizado por um sistema são positivos; transferência de calor de um sistema e trabalho realizado sobre um sistema são negativos;outra forma é usar os subíndices e e s pra indicar a direção . Na a Fig.16 tem-se a representação dos subíndices num sistema.

•     Tanto trabalho como calor são fenômenos de fronteira

•     Sistemas possuem energia, mas não calor e trabalho

•     Ambos são associados a um processo e não a um estado

•     Ambos dependem da trajetória percorrida num processo. Sendo funções de trajetória possuem diferenciais inexatas designadas por δQ ou δW, por exemplo não é igual ao valor do estado 2 menos o estado 1.

Figura 5: Convenção de índices de calor e trabalho

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

5.4  Trabalho

Existem várias maneiras diferentes de realizar trabalho. O trabalho realizado por uma força constante F sobre um corpo em deslocamento de uma distância s na direção da força é dado por:

                                               W=Fs      (kJ)                                        (16)

O trabalho mecânico está associado ao movimento da fronteira de um sistema ou ao movimento do sistema como um todo.

5.5  Trabalho de eixo

A transmissão de energia por meio da rotação de um eixo é chamada trabalho de eixo. Para um torque (T) constante o trabalho realizado durante n revoluções de uma força F que atua num braço r é determinado pelas seguintes equações (Fig.17): cálcula-se o torque:

Figura 6: Trabalho de eixo

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

5.6  Trabalho contra uma mola

O trabalho realizado quando uma força F é aplicada a uma mola e o comprimento varia de um diferencial dx é (Fig.7):

                                                                   

                       

Figura 7: Trabalho contra mola

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996) 

Energia, conceitos, transferência e análise

Considere uma sala cuja porta e janelas hermeticamente fechadas e cujas paredes isoladas adiabaticamente. Um refrigerador com as portas abertas é colocado no meio da sala, e ligado a uma tomada, conforme ilustra a Fig.1. O que acontece com a temperatura média do ar na sala?

Figura 1: Uma geladeira aberta numa sala adiabática aumentará a temperatura do ar.

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Discussão: Uma hipótese é que a temperatura média do ar da sala diminuirá, a medida que o ar mais quente se mistura ao ar refrigerado, mas outra hipótese é que o calor gerado pelo motor pode ser maior que o efeito da refrigeração. E se o motor não gerar calor?

No entanto, se pensarmos no princípio da conservação de energia e tomarmos toda a sala, incluindo o ar e o refrigerador como o sistema, que é adiabático, temos que a única interação de energia é a elétrica que cruza a fronteira do sistema e entra na sala.

A conservação de energia requer que o conteúdo de energia da sala aumente numa quantidade igual à quantidade de energia elétrica consumida pelo refrigerador. Como o refrigerador ou o motor não armazena esta energia, ela deve estar no ar da sala e se manifestará como uma elevação da temperatura.

Agora, o que você acha que acontece com a temperatura do ar se ao invés de uma geladeira estiver na sala um ventilador (Fig.2)

Figura 2: Um ventilador numa sala adiabática.

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

2.1  energia interna (U)

A energia interna de um sistema é a soma de todas as formas micróscópicas de energia (Fig.3).

Figura 3: Energia interna de um sistema

  Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

A parte da energia interna de um sistema associada às energias cinéticas das moléculas é chamada de energia sensível. A temperaturas mais altas as moléculas possuem energias cinéticas mais alta pois o grau de atividade das moléculas são proporcionais à temperatura, e portanto isto resulta em uma energia interna mais alta.

A energia interna associada à fase de um sistema é chamada de energia latente. As força que ligam moléculas entre si são mais fortes nos sólidos e mais fracas nos gases. De fato, se for adicionada energia suficiente às moléculas de um sólido ou de um líquido eles se transforma em um gás, num processo chamado de mudança de fase.

A energia interna associada às ligações atômicas de uma molécula é chama de energia química, numa reação química, como num processo de combustão algumas ligações químicas são destruídas e outras são formadas e a energia interna muda.

A quantidade de energia associada às fortes ligações existentes no interior do núcleo do átomo é chamada de energia nuclear.

As formas de interação de energia associadas a um sistema fechada são transferência de calor e trabalho. Uma interação de energia é transferência de calor se sua força motriz for uma diferença de temperatura, caso contrário ela é trabalho.