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)