Videoaula 1 - Maquinas Termicas - Sistemas e Volumes de Controle

CAMPUS DE ITAPETININGA Máquinas Térmicas MTEM7 Engenharia Mecânica Videoaula 1 Professor Rafael dos Santos CAMPUS DE ITAPETININGA Sistemas e Volumes de Controle ü Sistema é uma quantidade de massa fixa separada do meio através de uma fronteira Pode ser estacionário ou transiente em movimento As fronteiras podem ser fixas ou móveis Pode haver troca de trabalho calor etc porém nunca há troca de massa Estacionário propriedades não se alteram com o tempo Transiente propriedades se alteram com o tempo Sistema Vizinhança Fronteira Sistema massa fixa sistema fechado CAMPUS DE ITAPETININGA Sistemas e Volumes de Controle üVolume de controle é uma região no espaço em observação onde há ganho ou perda de massa Volume arbitrário no espaço através do qual o fluido escoa Massa e energia podem atravessar o volume de controle Volume de Controle Superfície de controle Volume de controle fluxo de massa fixa sistema aberto CAMPUS DE ITAPETININGA Propriedades dos fluidos üAs propriedades são características de um sistema as quais valores numéricos podem ser atribuídos para descrever o sistema Extensivas são aquelas que podem ser contadas e seu valor para o sistema inteiro é a soma do valor para subdivisões do sistema Ex volume massa Intensivas são aquelas que são independentes do tamanho do sistema Ex massa específica pressão CAMPUS DE ITAPETININGA Propriedades extensivas e intensivas üObserve a figura representando um sistema e como algumas propriedades se comportam m V T P 𝜈 ρ 𝜒 m2 m2 V2 V2 T T P P 𝜈 𝜈 ρ ρ 𝜒 𝜒 CAMPUS DE ITAPETININGA Massa e volume específicos üA massa específica 𝜌 é definida como a relação entre a massa m e volume V de um corpo Podese também dizer que a massa específica é a relação entre a massa do fluido no interior do sistema fechado e o volume desse sistema Já o volume específico 𝜈 é o inverso da massa específica 𝜈 1𝜌 Massa específica 𝜌 Volume específico ν CAMPUS DE ITAPETININGA Lei zero ü Todos os corpos são constituídos por partículas que estão sempre em movimento Esse movimento é chamado de energia interna do corpo ü Relembrando Temperatura grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo caracterizando seu estado térmico Calor é a energia em trânsito de um corpo para outro devido à diferença de temperatura entre eles ü Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo então esses corpos estão em equilíbrio entre si CAMPUS DE ITAPETININGA Relações entre as propriedades ü Estado termodinâmico de uma substância pura é definido por duas propriedades termodinâmicas independentes Qualquer variação de alguma dessas propriedades implicará em uma mudança do estado termodinâmico Em uma mudança de estado o sistema sai de um estado inicial i de equilíbrio com propriedades pi 𝜈i e Ti e atinge um estado final f de equilíbrio pf 𝜈f e Tf ü Cada substância apresenta propriedades que lhe são próprias Em geral as propriedades são obtidas para substâncias puras as quais apresentam composição química homogênea e invariável Tais substâncias podem se apresentar como líquido gás ou vapor CAMPUS DE ITAPETININGA Relações entre as propriedades üEquilíbrio termodinâmico üMudança de estado processo üProcesso ideal processo de quase equilíbrio üCiclo quando um sistema em um dado estado inicial passa por certo número de mudanças de estado processos e finalmente retorna ao estado inicial CAMPUS DE ITAPETININGA Líquido gás ou vapor üLíquidos podem ser considerados fluidos incompressíveis uma vez que seu volume específico varia muito pouco com a pressão e a temperatura üSob o ponto de vista microscópico isso se explica pelo fato de as moléculas do líquido estarem muito próximas umas das outras ou seja estão adensadas Sendo assim o aumento da pressão não reduz significativamente a distância média entre elas CAMPUS DE ITAPETININGA Líquido gás ou vapor üOs gases são considerados fluidos compressíveis apresentam um volume total de moléculas desprezível em relação ao volume do sistema Sendo assim as suas moléculas podem se deslocar por distâncias maiores e consequentemente se a pressão sobre um sistema fechado aumentar o seu volume reduz significativamente e vice versa Paralelamente a temperatura do sistema também se modifica CAMPUS DE ITAPETININGA Gases ideais üUm gás ideal também denominado gás perfeito é um gás que apresenta o mesmo comportamento em qualquer condição A maioria dos gases de interesse gases reais em condições de baixa densidade se comporta de forma muito semelhante a um gás perfeito ar O2 N2 CO2 etc üCondição de baixa densidade temperaturas moderadas e pressões tipicamente inferiores a 20 bar 2 MPa CAMPUS DE ITAPETININGA Gases ideais üVejamos a equação dos gases ideais 𝑝 𝑉 𝑛 𝑅 𝑇 𝑝 𝑉 𝑚 𝑀 𝑅 𝑇 𝑝 𝑚 𝑉 𝑀 𝑅 𝑇 𝑝 ρ 𝑀 𝑅 𝑇 𝑝 ρ 𝑅 𝑇 Para ar 𝑅 0287 𝑅 𝑅 𝑀 𝑅 83145 𝑘𝐽 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾 CAMPUS DE ITAPETININGA Gases ideais üVejamos a equação dos gases ideais 𝑝 𝑉 𝑛 𝑅 𝑇 𝑝 𝑉 𝑚 𝑀 𝑅 𝑇 𝑝 𝑉 𝑚 𝑅 𝑀 𝑇 𝑝 𝑉 𝑚 𝑅 𝑇 𝑝 𝜈 𝑅 𝑇 Para ar 𝑅 0287 𝑅 𝑅 𝑀 𝑅 83145 𝑘𝐽 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾 CAMPUS DE ITAPETININGA Gases reais Gás Símbolo Massa molar kgkmol Ar 28970 Nitrogênio N2 28013 Oxigênio O2 31999 Dióxido de carbono CO2 44010 Hidrogênio H2 2016 Metano CH4 16043 CAMPUS DE ITAPETININGA Mudanças de estado üDa equação dos gases ideais temos üPara processos a volume constante transformação isocórica temos 𝑝 𝑉 𝑇 𝑝 𝑉 𝑇 𝑜𝑢 𝑝 ρ𝑇 𝑝 ρ𝑇 𝑉 𝑉 𝑝 𝑇 𝑝 𝑇 CAMPUS DE ITAPETININGA Mudanças de estado üDa equação dos gases ideais temos üPara processos a pressão constante transformação isobárica temos 𝑝 𝑉 𝑇 𝑝 𝑉 𝑇 𝑜𝑢 𝑝 ρ𝑇 𝑝 ρ𝑇 𝑝 𝑝 𝑉 𝑇 𝑉 𝑇 𝑜𝑢 𝜌 𝑇 𝜌𝑇 CAMPUS DE ITAPETININGA Mudanças de estado üDa equação dos gases ideais temos üPara processos a temperatura constante transformação isotérmica temos 𝑝 𝑉 𝑇 𝑝 𝑉 𝑇 𝑜𝑢 𝑝 ρ𝑇 𝑝 ρ𝑇 𝑇 𝑇 𝑝 𝑉 𝑝𝑉 𝑜𝑢 𝑝 𝜌 𝑝 𝜌 CAMPUS DE ITAPETININGA Mudanças de estado üDa equação dos gases ideais temos üPara processos sem troca de calor transformação adiabática temos 𝑝 𝑉 𝑇 𝑝 𝑉 𝑇 𝑜𝑢 𝑝 ρ𝑇 𝑝 ρ𝑇 𝑄 0 𝑝 𝜌 𝑝 𝜌 𝑘 é 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑑𝑖𝑎𝑏á𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑘 14 Exemplos 1 2 3 e 4 CAMPUS DE ITAPETININGA Referências üFELIPPO FILHO G Máquinas térmicas estáticas e dinâmicas fundamentos de termodinâmica características operacionais e aplicações São Paulo Érica 2014 200 p üMORAN M J et al Princípios de termodinâmica para engenharia 7 ed Rio de Janeiro LTC 2017 819 p üVAN WYLEN G J SONNTAG R BORGNAKKE C Fundamentos da termodinâmica clássica São Paulo Blucher 1995 589 p CAMPUS DE ITAPETININGA Até a próxima aula Nos vemos em breve Professor Rafael dos Santos rafasantos01ifspedubr