Termodinâmica 1

TERMODINÂMICA NID TERMODINÂMICA I Prof MSc Rafael Eduardo da Cruz TERMODINÂMICA Trabalho 2 M2 Desenvolvimento de um Caso para Ensino Observe as figuras a seguir TERMODINÂMICA Vapor a alta pressão Vazão mássica ṁi Acumulador inicialmente em vácuo Vapor a pressão intermediária Superfície de controle Eixo ligando a turbina ao gerador Turbina a vapor Vapor a baixa pressão Vazão mássica ṁevapor a baixa pressão Vapor em expansão contra um êmbolo Condensado Vazão mássica ṁecondensado Trocador de calor Ṅvc Taxa de transferência de calor Figura 61 Diagrama esquemático de um volume de controle mostrando transferências e acúmulos de massa e energia TERMODINÂMICA Fext Pe Te ve ee Escoamento Superfície de controle Ps Ts vs es Escoamento dm vc dt Taxa de variação vazão em massa que entra vazão em massa que sai Se existirem vários escoamentos entrando e saindo do volume de controle este conceito pode ser representado matematicamente por dm vc dt ṁe ṁs 61 TERMODINÂMICA ṁe Pe Te Ve ce Ṽeixo Ṽfronteira ṁs Ps Ts vs es dE VC dt Figura 64 Diagrama esquemático de um volume de controle para a análise da equação da primeira lei da termodinâmica TERMODINÂMICA Encontre 1 imagem de algum sistema termodinâmico e desenhe a superfície de controle linha tracejada indicando as entradas e saídas de Massa Trabalho e Calor Pode ser projeto foto desenho etc TERMODINÂMICA Exemplos de imagens que podem ser utilizadas Lembrese Você define a superfície de controle para análise no Caso para Ensino TERMODINÂMICA Exemplos de imagens que podem ser utilizadas Lembrese Você define a superfície de controle para análise no Caso para Ensino TERMODINÂMICA Exemplos de imagens que podem ser utilizadas Lembrese Você define a superfície de controle para análise no Caso para Ensino TERMODINÂMICA Agora desenvolva o caso para ensino Parte 1 Parte 2 Enunciado da situaçãoproblema Contextualizar fornecer dados técnicos histórico hipóteses etc Exemplo nas imagens anteriores podese escolher um equipamento ou alguma parte do sistema Indicar a solução ou resolver quando possível respondendo as questões mostradas no item 54 do livro TERMODINÂMICA Parte 1 Enunciado da situaçãoproblema Aponte qual é o sistema ou equipamento em questão superfície de controle Explique seu funcionamento Forneça dados térmicos que ilustrem a operação tempo Temperatura massa trabalho potência densidade calor etc Formule um problema de engenharia a ser resolvido precisa ter enunciado com as informações técnicas 1 Qual é o sistema ou o volume de controle Pode ser útil ou necessário definir mais de um sistema ou volume de controle Neste momento é interessante fazer um esboço do sistema ou do volume de controle e indicar as interações do sistema ou volume de controle com o meio Ou de entrada 2 O que conhecemos a respeito do estado inicial quais as propriedades neste estado 3 O que conhecemos do estado final Ou se saída 4 O que conhecemos sobre o processo em questão Alguma grandeza é constante ou nula Existe alguma relação funcional conhecida entre duas propriedades 5 É útil fazer um diagrama relativo as informações levantadas nos itens 2 a 4 por exemplo um diagrama Tv ou pv 6 Qual é o modelo utilizado na previsão do comportamento da substância por exemplo tabelas de vapor gás perfeito etc 7 Qual é a nossa análise do problema examinar fronteiras para os vários modos de trabalho conservação da massa primeira lei da termodinâmica etc 8 Qual é a técnica que deve ser utilizada na solução em outras palavras a partir daquilo que foi efetuado nos itens 1 a 7 qual deve ser o procedimento para obter o desejado É necessário uma resolução pelo método de tentativa e erro 1 Análise de um condensador de uma planta de energética Figura 1 Esquema básico do ciclo de Rankine Condensadores são equipamentos essenciais de plantas de energia que operam como águavapor como fluído de trabalho Para operar conforme um ciclo termodinâmico parte do calor fornecido pela caldeira deve ser rejeitado por um trocador de calor Em plantas que operam ciclos baseados no ciclo padrão de Rankine esse trocador recebe o nome de condensador justamente por desempenhar a troca de calor que leva o vapor saturado ou titulado para o estado de líquido saturado Figura 2 Representação de uma planta com mais detalhes dos seus equipamentos 1 Caldeira 2 Precipitador de gases de combustão 3 Turbina a vapor 4 Gerador 5 Central de distribuição 6 Condensador 7 Torre de resfriamento Figura 3 Condensador sendo transportado O condensador basicamente promove a troca de calor entre o fluído de trabalho da exaustão da turbina com o fluído de arrefecimento De acordo com o ciclo ideal de Rankine tal troca ocorre à pressão constante e até o ponto de líquido saturado Condensadores são geralmente construídos em configuração cascotubo em que a fluido de trabalho passo pelo lado casco e o fluído de refrigeração passa pelos tubos 2 Problema formulado envolvendo um condensador Considere um condensador de uma planta de geração cuja a pressão de saída de uma turbina de contra pressão é de 015 Mpa O fluido de arrefecimento usado no condensador é proveniente de um rio das proximidades e cuja temperatura de lançamento de efluentes não deve ser superior a 25 oC a sua temperatura natural Se a produção de vapor é 40 kgs e a temperatura do rio é 15oC calcule qual deve ser a vazão mínima proveniente do rio para que o ciclo opere normalmente e que respeite a temperatura limite de lançamento de efluentes 3 Solução Volume de controle Figura 4 Condensador com superficie de controle Vapor entrada Vapor Saturado a 015 Mpa T1111C hve2693 kJ kg Vapor saída Líquido Saturado a 015 Mpa processo a pressão constante T1111C hv s4671 kJ kg Água de entrada estado em condições ambiente 101 kPa a 15oC hae638 kJ kg Água de entrada estado em condições ambiente 101 kPa a 40oC hae1676 kJ kg Aplicando a primeira lei da termodinâmica para regime permanente e considerando que não existem trocas de calor que não sejam entre os dois fluídos e que não existe trabalho realizado mv hv emahaemv hv smahv s ma mv hvehvs hashae ma8517 kg s