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.

Programa Disciplina Desenho Técnico Aplicado a EP

Clique aqui para ter acesso ao programa da disciplina

Referências para estudo de Des. Téc. Aplicado - Autocad

Acesso algumas referências para estudo relacionado a Autocad

Como baixar a versão de estudante do Autocad

Acesse o link e veja como baixar a versão free do Autocad e outros softwares da Autodesk.

https://docs.google.com/file/d/0B-ph0OYwpU-AT3ZCWkVhOER0LW8/edit?usp=sharing

Apostila Segunda Lei Termodinâmica e Aplicações - Download pdf

APOSTILA

INTRODUÇÃO À SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 

(Enunciados, Refrigerador, Bomba de Calor, Ciclo de Carnot)

Ciclo de Carnot de refrigeração

O ciclo da máquina térmica de Carnot é um ciclo totalmente reversível e se todos os processos forem invertidos, ele se torna o ciclo de Carnot de refrigeração. De fato, o ciclo permanece exatamente o mesmo, exceto pelas direções das interações de calor e trabalho que são invertidas, conforme o diagrama P-V da Fig.18:

·         uma quantidade de calor Q_F  é removida do reservatório a baixa temperatura;

·         uma quantidade de calor Q_Q é rejeitada para um reservatório a alta temperatura; e

·         trabalho líquido W_liq;e é necessário para realizar o ciclo

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Ciclo de Carnot

Leia mais: http://www.cursoengenharia.com

Palavras-chave:

Curso Engenharia | curso termodinâmica | ciclo de Carnot de refrigeração

Ciclo de Carnot

O trabalho líquido e a eficiência de um ciclo de uma máquina térmica podem ser maximizados com o uso de processos que exijam o mínimo de trabalham e resultem no máximo de trabalho, ou seja, usando processos reversíveis. 

Palavras-chave:

 

Curso Engenharia | curso termodinâmica | ciclo de Carnot

Na prática, ciclos reversíveis não podem ser realizados, pois as irreversibilidades associadas aos processos não podem ser eliminadas, entretanto, os ciclos reversíveis representam os limites superiores para o desempenho dos ciclos reais. Assim, os ciclos reversíveis servem como modelo com os quais podem ser comparados os refrigerados e máquinas térmicas reais.

Em 1824, o engenherio francês Sadi Carnot, propôs o ciclo, composto por quatro processos reversíveis, que leva seu nome: ciclo de Carnot. A máquina térmica teórica que operada segundo este ciclo é chamada de máquina térmica de Carnot. Por ser um ciclo reversível, o ciclo de Carnot é o mais eficiente a operar entre dois limites de temperatura, e mesmo que não possa ser executado na realidade, a eficiência dos ciclos reais pode s ser melhorada quanto mais se aproximar do ciclo de Carnot.

Na Fig.16 (vide acima) tem-se um sistema fechado composto de um gás dentro de um arranjo pistão-cilindro adiabático. Os quatro processos são:

·         expansão isotérmica reversível (processo 1-2, T_Q = constante): o gás é expandido lentamente da posição 1 realizando trabalho sobre a vizinhança, e mantendo-se constante a temperatura até que o pistão atinja a posição 2. Para manter a temperatura constante, uma quantidade de calor Q_Q é transferido durante o processo;

·         expansão adiabática reversível(processo 2-3, 4Q = 0 e a temperatura cai de T_Q para T_F): o gás continua se expandir lentamente (do estado 2), realizando trabalho sobre a vizinhança, até que a temperatura caia de T_Q para T_F (no estado 3). Considerando-se que o pistão é sem atrito e o processo de quase-equilíbrio, o processo é reversível e adiabático;

·         compressão isotérmica reversível(processo 3-4, T_F = constante): no estado 3, o pistão é empurrado lentamente por uma força externa até o estado 4, realizando trabalho sobre o gás. A temperatura do gás permanece constante a T_F e o calor total rejeitado pelo gás é Q_F;

·         compressão adiabática reversível (processo 4-1, a temperatura se eleva de T_F para T_Q): o gás é comprimido de maneira reversível, a temperatura sobe até T_Q e o ciclo é completado voltando ao estado inicial 1.

O diagrama P-V do ciclo é mostrado na Fig.17, onde a área sob a curva do processo representa o trabalho de fronteira. A área sob a curva 1-2-3 é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão do ciclo, e a área sob a curva 3-4-1 é o trabalho realizado sobre o gás durante a parte de compressão do ciclo. O trabalho líquido realizado é a área 1-2-3-4-1 compreendida pelas curvas do ciclo.

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Processo reversivel e processo irreversivel

Leia mais: http://www.cursoengenharia.com

Enunciado de Clausius e moto-contínuo

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: Processo reversivel e processo irreversivel

Aula anterior: Coeficiente de Performance

Palavras-chave:

 

introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | moto-contínuo | enunciado de Clausius

Leia mais: http://www.cursoengenharia.com

Processo Reversível e Processo Irreversível

Figura 14 - Exemplo de atrito num processo

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Um processo reversível para um sistema é definido como aquele que, tendo ocorrido, pode ser revertido sem deixar qualquer vestígio no sistema e nas vizinhanças. O processos que não é reversível é denominado processo irreversível.

Na verdade, processos reversíveis não ocorrem na natureza, são meras idealizações de processos reais. Podem ser aproximados por dispositivos reais, mas não podem ser realizados.

Os processos reversíveis podem ser vistos como limites teóricos dos processos irreversíveis correspondentes. Dessa forma, pode-se considerar que alguns processos são mais irreversíveis que outros. Quanto mais próximo estiver um processo de ser considerado reversível, maior será o trabalho obtido ou menor será o trabalho consumido de um dispositivo produtor ou consumidor, respectivamente.

1.10.1 Fatores que tornam irreversível um processo

Há muitos fatores que causam irreversibilidades nos processos, por exemplo: atrito, expansão

não-resistida, mistura de dois fluidos, transferência de calor com uma diferença de temperatura finita, resistência elétrica, deformação inelástica de sólidos e reações químicas. Atrito é uma irreversibilidade associada a corpos em movimento, como num caso do pistão e cilindro da Fig.14, onde há uma força de atrito na direção contrária ao movimento. Neste exemplo, a energia fornecida na forma de trabalho é convertida em calor na interface de contato, mas quando a direção é invertida a interface não se resfria e o calor não é convertido em trabalho.

Em vez disso, mais trabalho é convertido em calor. Quanto maiores as forças de atrito, mais irreversível será o processo. O atrito pode ocorrer tanto entre dois corpos sólidos, como entre um fluido e um sólido e mesmo entre fluidos que se movimentem com diferentes velocidades.

Um gás ao se expandir preencherá o espaço em sua volta. A única maneira de restaurar o sistema é comprimi-lo até o volume inicial, e ao mesmo tempo transferir calor do gás até atingir a temperatura inicial. Para restaurar a vizinhança ao estado original, seria necessário converter todo esse calor em trabalho, o que violaria a segunda lei da Termodinâmica, portanto, expansão não resistida de um gás é uma irreversibilidade.

O processo apresentado na Seção 1.1 e ilustrado na Fig.1 ocorreu com a transferência de calor com uma diferença de temperatura finita. Depois de executados, tais processos não podem ser revertidos, espontaneamente, i.e., depois que uma xícara de café quente esfria, ela não se reaquece, recuperando ao ambiente o calor perdido. Mesmo que seja fornecido calor a xícara, ao final do processo inverso, a xícara terá voltado ao estado inicial, mas a vizinhança não.

Um processo é chamado de internamente reversível se não ocorrer nenhuma irreversibilidade internamente às fronteiras do sistema durante o processo, e de externamente reversível se não ocorrer irreversibilidade fora das fronteiras. Um processo é chamado de reversível se não existir nenhuma irreversibilidade dentro do sistema ou na vizinhança.

Considere o exemplo da Fig.15, um processo de transferência de calor para dois sistemas que passam por mudança de fase à pressão e temperatura constante. Os dois processos são internamente reversíveis, pois ambos acontecem de maneira isotérmica e passam exatamente pelos mesmos estados de equilíbrio. O primeiro processo é externamente reversível, pois a transferência de calor durante este processo acontece com uma diferença de temperatura infinitesimais dT. O segundo processo é externamente irreversível, pois envolve transferência de calor numa diferença de temperatura DT.

Figura 15 - Processos de transferência de calor

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Coeficiente de Performance

Palavras-chave: 

introdução à segunda lei da termodinâmica | processo reversível | processo irreversível

Enunciado de Kelvin-Planck - Refrigerador - Bomba de Calor

ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK

Figura 8 - Enunciado de Kelvin Planck 

Fonte: (WYLEN; SONNTAG; BORGNAKKE, 2000)

 

É impossível para qualquer dispositivo que opera num ciclo receber calor de um único reservatório e produzir uma quantidade líquida de trabalho.

 

Este enunciado estabelece que é impossível construir uma máquina térmica que opere num ciclo e que receba uma determinada quantidade de calor de um corpo a alta temperatura e produza igual quantidade de trabalho (Fig.8). A única alternativa é que alguma quantidade de calor deve ser transferida do uido de trabalho a baixa temperatura para um corpo a baixa temperatura. Dessa maneira, um ciclo só pode produzir trabalho se estiverem envolvidos dois níveis de temperatura e o calor for transferido do corpo a alta temperatura para a máquina térmica e também desta máquina térmica para o corpo a baixa temperatura. Em outras palavras, é impossível construir um máquina térmica que apresente e ciência térmica igual a 100%

 

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Eficiência Térmica

Palavras-chave:

 

introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | enunciado de Kelvin-Plack

Refrigerador

Figura 9 - Sistema de refrigeração e seus componentes básicos

Fonte: (WYLEN, 1992)

 

Refrigerador é um dispositivo cíclico que permite a transferência de calor de um meio a baixa temperatura para um meio a alta temperatura. O fluido de trabalho usado no ciclo de refrigeração é chamado de refrigerante. Na Fig.9 está ilustrado um ciclo de refrigeração por compressão de vapor que tem quatro componentes: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.

 

O refrigerante entra no compressor na forma de vapor sendo comprimido à pressão do condensador. O vapor deixa o compressor numa temperatura relativamente alta e se resfria e condensa à medida que escoa pelo condensador, rejeitando calor para o meio circundante. Em seguida, o refrigerante entra num tubo capilar, onde sua pressão e temperatura caem drasticamente. Então, o refrigerante a baixa temperatura entra no evaporador e evapora ao

retirar calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigente deixa o evaporador e torna a entrar no compressor.

 

Na Fig.10 tem-se o esquema de um refrigerador, onde:

• Q_F é o calor removido do espaço refrigerado à temperatura T_F;
• Q_Q é o calor rejeitado para o ambiente quente à temperatura T_Q; e
• W_liq,e é o trabalho líquido fornecido ao refrigerador.

 

Figura 10 - Esquema de um sistema de refrigeração

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

 

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Enunciado de Kelvin-Plack

Palavras-chave:

 

introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | refrigerador

BOMBA DE CALOR

Figura 11 - Esquema de uma bomba de calor

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

 

Bomba de calor é outro dispositivo que transfere calor de um meio com temperatura baixa para outro com temperatura alta, como refrigeradores funcionando com um mesmo ciclo, mas com objetivos diferentes. Ou seja, enquanto refrigeradores buscam manter o espaço refrigerado removendo calor deste espaço, a bomba de calor busca manter o espaço aquecido a uma temperatura alta.

 

Conforme esquema na Fig.11 a bomba de calor remove o calor de uma fonte a baixa temperatura e fornece calor a um meio a alta temperatura.

 

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Refrigerador

Palavras-chave:

 

introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | bomba de calor

Coeficiente de Performance

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Enunciado de Kelvin-Plack

Palavras-chave:

 

Palavras-chave: introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | coeficiente de performance | refrigerador | bomba de calor

Eficiência Têrmica

Na Eq.2 (acima) Q_s nunca é zero, portanto, apenas uma fração do calor transferido para a máquina térmica é convertida em trabalho líquido. Esta fração é chamada de eficiência térmica e está expressa nas Equações 3 e 4.

Dispositivos cíclicos como máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor, operam entre reservatórios de alta e baixa temperaturas, conforme a Fig. 7, onde:

·         Q_Q = calor transferido do reservatório de alta temperatura (T_Q) para o dispositivo

·         Q_F = calor transferido do dispositivo para o reservatório de baixa temperatura (T_F)

Figura 7 - Esquema de um máquina térmica entre reservatórios de alta e baixa temperatura

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Assim, o trabalho líquido pode ser obtido da Eq. 5. Observe que os valores de Q_Qe Q_F estão entre módulos e que a eficiência de uma máquina térmica é sempre menor que 1.

As eficiências térmicas são relativamente baixas, por isso, quase metade da energia fornecida termina em rios, lagos ou atmosfera. Por exemplo:

·         para motores de ignição por centelha a gasolina a eficiência é de cerca de 0,25;

·         para motores a diesel 0,40; e

·         para turbinas é de cerca de 0,60.

Exercício Resolvido:

A potência no eixo do motor de um automóvel é 136 HP e a e ficiência térmica do motor é igual a 30%. Sabendo que a queima do combustível fornece 35000 kJ/kg ao motor, determine a taxa de transferência de calor para o ambiente e a vazão mássica de combustível consumido em kg/s.

 

 

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: 

Aula anterior: Máquinas térmicas

Palavras-chave:

 

introdução à segunda lei da termodinâmica | exercício resolvido | máquinas térmicas | curso termodinâmica | segunda lei da termodinâmica | eficiência térmica

Leia mais: http://www.cursoengenharia.com

Máquinas Térmicas

Figura 3 - Fonte e Sumidouro

Ao desenvolver a Segunda Lei da Termodinâmica, é interessante inicialmente o entendimento de reservatórios de energia e máquinas térmicas.

RESERVATÓRIOS DE ENERGIA TÉRMICA

Grandes corpos de água como os oceanos, lagos e rios, bem como o ar atmosférico, podem ser modelados como reservatórios de energia térmica (ou simplesmente reservatório), que são corpos com uma capacidade de energia térmica (massa x calor especí co) relativamente grande. Estes reservatórios podem fornecer ou remover quantidades nitas de calor sem sofrer qualquer variação de temperatura. Um reservatório que fornece energia na forma de calor é chamado de fonte, e um reservatório que recebe energia é chamado de sumidouro Fig.3.

Na verdade, todo corpo cuja capacidade de energia térmica seja grande com relação à quantidade de energia que ele fornece ou remove pode ser modelado como um reservatório. Por exemplo, o ar de uma sala na análise da dissipação de calor de um aparelho de TV, pois a quantidade calor transferido pela TV para o ar da sala não é su cientemente grande para gerar um efeito perceptível sobre a temperatura da sala.

MÁQUINAS TÉRMICAS

Considere o sistema ilustrado na Fig. 4, como mencionado anteriormente, o trabalho mecânico realizado pelo eixo é convertido em energia interna da água que por sua vez pode ser retirada da água sob a forma de calor. O processo inverso não ocorrerá, pois se transferirmos calor de volta para a água, isto não fará o eixo girar.

Figura 4 - Trabalho mecânico é convertido em calor, mas o processo inverso não ocorrerá.

Máquinas térmicas (vide esquema na Fig.5) são dispositivos que fazem a conversão de calor em trabalho, e tem as seguintes características:

• recebem calor de uma fonte à alta temperatura (energia solar, combustão de um gás, etc.);
• convertem parte de calor em trabalho em geral, com um eixo rotativo;
• rejeitam o restante do calor para um sumidouro à baixa temperatura; e
• operam num ciclo.

Figura 5 - Esquema de uma máquina térmica

A usina à vapor é uma máquina térmica de combustão externa (i.e. a combustão ocorre fora da máquina) e a energia térmica liberada durante esse processo é transferida para o vapor sob a forma de calor. O esquema na Fig.6 ilustra um exemplo que tem variáveis, onde:

• Qc é a quantidade de calor fornecida ao vapor na caldeira a partir de uma fonte de alta temperatura;
• Qs é a quantidade de calor rejeitada pelo vapor no condensador;
• Ws é o trabalho realizado pelo vapor à medida que se expande na turbina; e
• We é o trabalho necessário para comprimir a água até a pressão da caldeira.

O fluido utilizado para transferir e receber calor numa máquina térmica, que neste exemplo da usina é o próprio vapor, é chamado de fl uido de trabalho.

O trabalho líquido dessa usina é simplesmente a diferença entre os totais de saída e entrada de trabalho, conforme a Eq. 1.

                    (1)

Figura 6 - Esquema de um usina de vapor

O trabalho líquido (W_liq;s) também pode ser determinado em função da transferência de calor, pois esta usina pode ser analisada como um sistema fechado, conforme Eq.2. Considerando a fronteira do sistema indicado na Fig. 6, tem-se portanto que a variação de energia interna  é zero, assim tem-se

                 (2)

Curso Termodinâmica

Sumário geral

Sumário do capítulo Segunda Lei da Termodinâmica

Próxima aula: Eficiência Térmica

Aula anterior:  Introdução à segunda lei da termodinâmica

Palavras-chave:

 

 introdução à segunda lei da termodinâmica | máquinas térmicas | curso termodinâmica| segunda lei da termodinâmica

Leia mais: http://www.cursoengenharia.com