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.

Aulas - Manufatura Aux. por Computador

Clique aqui para acessar

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