Des. Téc. Aplicado - Trabalhos e Exercícios - Sem2013.1

Atividade Extra 1

Elaborar 3 desenhos usando: i) coordenadas cartesianas absolutas, ii) cartesianas relativas e iii) polares relativas  

Grupos de 4 alunos (máximo)

Entregar até 20-03-2013 via Google Docs  o tutorial conforme modelo da apostila e os desenhos

Atividade Extra 2
Elaborar 1 desenho planta de casa similar (mas, diferente)  ao modelo disponível (clique aqui)
Grupos de 4 alunos (máximo), onde cada grupo deve fazer um modelo específico.

Entregar até 08-04-2013, 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

Atividade Extra 3

Elaborar desenho de folha de engenharia conforme 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

Lista de Exercícios 1

Elaborar todos os exercícios da lista 1 (clique aqui).

Grupos de 4 alunos (máximo)

Entregar até 29-04-2013, via Google Docs, usando conta pessoal do Google e compartilhando via e-mail do professor (gmail.com):

- o texto com tutorial dos exercícios

- o arquivo CAD dos desenhos

Valor 10 pontos - Peso 4 - para compor o 1º crédito da disciplina

Trabalho Final 

Escolher um dispositivo da bancada MPS do LAMET e elaborar:
- desenho CAD 3D do dispositivo
- texto com tutorial passo-a-passo para obtenção do desenho
Catálogos das bancadas:
 - clique aqui - para download de catálogo da bancada de distribuição 
 - clique aqui - para download de catálogo da bancada de separação 

Grupos de 4 alunos (máximo)

Entregar até 17-06-2013, via Google Docs, usando conta pessoal do Google e compartilhando via e-mail do professor (gmail.com):

Valor 10 pontos - Peso 5 - para compor o 2º crédito da disciplina

Apresentação oral (dia 18/06)

   Tempo de apresentação por aluno 5 min.

   Avaliação  (substitui a Prova 2)

  Valor 10 pontos - peso 5 para compor o 2º crédito da disciplina , sendo:

  - 50% Apresentação Individual

  - 50% Média Apresentação Grupo

  Grupos de 4 alunos (máximo)

Acesso a vídeo-aulas de Autocad

Clique aqui para acesso a vídeo-aulas de Autocad

Acessso a aulas teóricas de Des. Téc. Aplicado

Clique aqui para acesso a aulas

Lei zero, Temperatura e Pressão

Uma xícara com café quente deixada numa sala esfria com o tempo da mesma forma que uma bebida congelada esquenta até que a temperatura com o ambiente se iguala, i.e., atinjam o equilíbrio térmico. (Fig.10

Figura 10: Uma xícara de café não ficará mais quente numa sala fria

Neste sentido, Fowler em 1931 formulou a lei zero da termodinâmica declara que:

dois corpos estão em equilíbrio térmico se ambos tiverem a mesma leitura de temperatura, mesmo que não estejam em contato

Escalas de temperatura se baseiam em alguns estados reprodutíveis como pontos de congelamento e de ebulição da água. Na escala Celsius, os pontos de gelo e de vapor foram atribuidos os valores de 0ºC e 100ºC, respectivamente. Em Fahrenheit estes valores são 32ºF e 212ºF. No SI tem-se a escala Kelvin, e sua unidade é o kelvin designado pelo símbolo K. Nesta escala a menor temperatura é o zero absoluto, ou 0K. Este zero absoluto corresponde a -273,15ºC. Assim tem-se a relação:

T(K)=T(ºC)+273,15

Pressão

A pressão é definida como uma força normal exercida por um fluido por unidade de área, sua unidade é o Pascal (Pa):

Outras unidades de pressão muito usados são o bar, atmosfera padrão e quilograma-força por centímetro quadrado, que se relacionam com o Pascal assim:

1atm=1,01325bar=101.325Pa

No sistema inglês, a unidade de pressão libra-força por polegada quadrada () ou psi (pounds-square inch).

1kgf=14,223psi

A pressão real em determinada posição é chamada de pressão absoluta (P) e é chamada de pressão absoluta, sendo medida com relação ao vácuo absoluto ou pressão absoluta zero. A pressão ao nível do mar é chamada de pressão atmosférica (P). E a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica é a pressão manométrica ou relativa (P). A Fig. 11 ilustra as relações:

Figura 11: Digrama que relaciona as pressões absoluta, atmosférica e relativa

Aplicações na engenharia

Sistemas pneumáticos

Sistema e volume de controle

Um sistema é definido como uma quantidade de matéria ou região no espaço, em que a massa fora do sistema é chamado de vizinhança, e a superfície que separa o sistema de sua vizinhança é chamado fronteira, conforme Fig.5.

Figura 5: Representação conceitual de sistema.

ccengel1996termodinamica

A fronteira do sistema pode ser fixa ou móvel, sendo considerada desprezível em relação à massa, espessura e volume.

Um sistema fechado (ou massa de controle) consistem em uma quantidade fixa de massa, e nenhuma massa pode atravessar sua fronteira, mas permite que energia atravesse suas fronteiras. Se nem energia pode atravessar as fronteiras este sistema é chamado de sistema isolado.

Um sistema aberto (ou volume de controle) é uma região do espaço, em que tanto massa quanto energia podem cruzar a sua fronteira. Um volume de controle pode ter uma fronteira móvel ou fixa e esta fronteira pode ou não coincidir com a fronteira real do sistema (Fig.6).

Figura 6: Representação de volumes de controle.

Propriedades são características de um sistema e podem ser classificadas como intensiva ou extensiva. As propriedades intensivas são independentes da massa de um sistema, tais como temperatura, pressão e densidade. As propriedades extensivas são valores que dependem do tamanho – ou extensão — do sistema, tais como a massa total, o volume total e a quantidade de movimento total de um sistema.

Propriedades específicas são propriedades extensivas por unidade de massa, tais como o volume específico (ν=V/m).

O estado de um sistema é uma condição do mesmo que é descrita completamente por um conjunto de propriedades. Um sistema em estado de equilíbrio não passa por mudanças quando é isolado de sua vizinhança. Um sistema está em: i) equilíbrio térmico se a temperatura for igual em todo o sistema, ii) equilíbrio mecânico se não houver variação na pressão em quanlquer ponto do sistema com o tempo, iii) equilíbrio de fase quando a massa de cada fase atinge um equilíbrio e permanece nele, e iv) equilíbrio químico se sua composição química não mudar com o tempo.

A especificação de um determinado número de propriedades é suficiente para fixar um estado, tem-se de acordo com postulado de estado:

O estado de um sistema compressível simples é completamente especificado por duas propriedades intensivas independentes.

Um sistema compressível simples tem ausência de efeitos elétricos, magnéticos, gravitacionais, de movimento e de tensão superficial.

4  Processos e ciclos

Processo é toda mudança pela qual um sistema passa de um estado de equilíbrio para outro. A série de estados através dos quais um sistema passa durante um processo é chamada de percurso do processo (Fig. 7).

Figura 7: Processo e percurso.

ccengel1996termodinamica

Um processo quase estático ou de quase equilíbrio envolve um processo que se desenvolve de forma que o sistema permaneça infinitesimalmente próximo a um estado de equilíbrio em todos os momentos .

Diagramas de processos facilitam a visualização da evolução do mesmo. Algumas propriedades comuns são a temperatura T, a pressão P, e o volume V, na Fig. 8 está ilustrado um processo de compressão de um gás.

Figura 8: Diagrama de processo P-V.

ccengel1996termodinamica

Um processo isotérmico é um processo durante o qual a temperatura permanece constante.Num processo isobábrico a pressão permanece constante e no isocórico (ou isométrico) o volume específico permanece constante.

Um sistema realiza um ciclo quando os estados inicial e final são idênticos.

5  Processo em regime permanente

Um processo durante o qual um fluido escoa através de um volume de controle de forma permanente, i.e., de forma em que não há nenhuma modificação com o tempo, é chamado de processo em regime permanente (Fig. 9).

Figura 9: Exemplo de processo em regime permanente.

ccengel1996termodinamica 

Introdução à Termodinâmica - Dimensões e unidades

O nome termodinâmica vem das palavras gregas therme (calor) e dynamis (movimento), ou seja, inicialmente, conhecida como a ciência que intenciona transformar calor em movimento. O termo termodinâmica foi usado pela primeira vez numa publicação de Lord Kelvin (1849). O primeiro livro escrito foi em 1859 por William Rankine, professor da Universidade de Glasgow. Atualmente isto é interpretado de forma mais ampla, envolvendo aspectos da energia e suas transformações, geração de energia, refrigeração, e ainda as propriedades da matéria. Desse modo, a termodinâmica pode ainda ser definida como a ciência da energia.

Uma das leis principais da termodinâmica é o princípio da conservação da energia, que diz que durante uma interação, a energia pode mudar de uma forma para outra, mas que a quantidade total permanece constante, i.e., a energia não pode ser criada ou destruída. Na Fig. 1 tem-se ilustrado um exemplo deste princípio, ie, que tenha uma entrada de energia (alimento) maior do que a saída (exercício) ganhará peso (em forma de gordura).

Figura 1: Principio conservação de energia para o corpo humano

ccengel1996termodinamica

A termodinâmica clássica envolve uma abordagem macroscópica do estudo, não exigindo o conhecimento do comportamento das partículas individuais. Enquanto, na termodinâmica estatística a abordagem é microscópica. Por exemplo, na termodinâmica clássica para determinar a pressão de uma substância confinada basta colocar um medidor, sem se importar com a quantidade de movimento entre as moléculas e paredes do recipiente.

A termodinâmica está presente em nossa vida, em quase todas situações, tais como:

•     no corpo humano, em convenções de energia, geração de calor, troca de calor, etc.

•     numa residência, em rede de gás, sistemas de aquecimento e/ou de refrigeração, chuveiro, TV, etc.

•     em usinas, carros, aviões, etc.

1  Unidades SI e inglesa

Apesar dos esforços de unificação, atualmente existem dois conjuntos de unidades: o sistema inglês e o sistema internacional (SI). No SI a base é decimal, e no sistema inglês não há uma base numérica sistemática, por exemplo, 12pol = 1pé. A seguir tem-se algumas equivalências:

=> massa - 0,45359 kg (quilo) (SI) = 1 lbm (libra-massa) (inglês)

=> comprimento - 0,3048 m (metro) (SI) = 1 pé

No sistema inglês, força é considerada uma dimensão primária, e a unidade é libra-força (lbf), definida como a força necessária para acelerar 32,174 lbm (1slug) a uma taxa de 1 pé/. Conforme Fig. 2

=> 1 N = 1 kg. m/ (SI)

=> 1 lbf = 32,174 lbm . pé/

A força de 1 N é aproximadamente equivalente ao peso de uma maçã pequena (m=102 g) e 1 lbf a de quatro maçãs (454g). Outra unidade de força bastante utilizada é o quilograma-força (kgf) que é o peso de uma massa de 1kg no nível do mar (1kgf = 9,807N). Na Fig./refForcaMaca tem-se uma representação dessas magnitudes.

Figura 2: Definicao de Força

ccengel1996termodinamica

Figura 3: Esquema comparativo entre unidades de força

ccengel1996termodinamica

O peso de uma unidade de volume de uma substância é chamado peso específico, γ:

γ=ϱg , onde ϱ é a densidade.

Peso é força e não é unidade de massa!  Uma balança comum mede a força gravitacional que age sobre um corpo. Na superfície da lua uma pessoa pesa cerca de um sexto do que normalmente pesaria na Terra Fig. 4. A principal causa de confusão entre massa e peso é que a massa em geral é medida indiretamente calculando-se a força da gravidade exercida sobre ela, desconsiderando forças exercidas por outros efeitos, como o empuxo. A forma direta de medir a massa é compará-la a uma massa conhecida.

Figura 4: O peso de uma pessoa na lua é um sexto do peso dela na Terra.

ccengel1996termodinamica

O trabalho é uma forma de energia definida como força vezes distância, sua unidade é o Joule (N.m).

1J=1N.m

No sistema inglês, a unidade de energia é o Btu (unidade térmica britânica), definida como a energia necessária para elevar 1F a temperatura de 1lbm de água a 68F.

No sistema métrico, a quantidade de energia necessária para elevar 1C a temperatura de 1g de água a 14.5C é definida como uma caloria (1cal), e 1cal = 4,1868J. Observa-se que 1 Btu = 1,0551 kJ.