Termodinâmica: Formas Mecânicas de Trabalho

Yunus A Çengel Michael A Boles Termodinâmica 7a Edição Inclui CD Com versão educacional do programa EES para resolução de problemas Catalogação na publicação Ana Paula M Magnus CRB 102052 Ç99t Çengel Yunus A Termodinâmica recurso eletrônico Yunus A Çengel Michael A Boles tradução Paulo Maurício Costa Gomes revisão técnica Antonio Pertence Júnior 7 ed Dados eletrônicos Porto Alegre AMGH 2013 Editado também como livro impresso em 2013 ISBN 9788580552010 1 Engenharia 2 Termodinâmica 3 Física Calor I Boles Michael A II Título CDU 62143016536 66 Termodinâmica 25 FORMAS MECÂNICAS DE TRABALHO Existem várias maneiras diferentes de realizar trabalho cada uma delas de alguma maneira relacionada a uma força agindo ao longo de uma distância Fig 227 Na mecânica elementar o trabalho realizado por uma força constante F sobre um corpo deslocado de uma distância s na direção da força é dado por 221 Se a força F não é constante o trabalho realizado é obtido pela adição ou seja integração de quantidades diferenciais de trabalho 222 Obviamente é preciso saber como a força varia com o deslocamento para executar essa integração As Eqs 221 e 222 fornecem apenas a magnitude do trabalho O sinal é determinado facilmente por considerações físicas O trabalho realizado em um sistema por uma força externa que atua na direção do movimento é negativo e o realizado por um sistema contra uma força externa que atua na direção oposta ao movimento é positivo Existem dois requisitos para que uma interação de trabalho exista entre um sistema e sua vizinhança 1 deve haver uma força atuando sobre a fronteira e 2 a fronteira deve ser móvel Portanto a presença de forças na fronteira sem que nenhum deslocamento seu seja observado não constitui interação de trabalho Da mesma forma o deslocamento da fronteira sem nenhuma força para se opor ou favorecer esse movimento tal como a expansão de um gás em um espaço evacua do não é uma interação de trabalho uma vez que nenhuma energia é transferida Em muitos problemas de termodinâmica o trabalho mecânico é a única forma de trabalho envolvida Ele está associado ao movimento da fronteira de um sistema ou ao movimento do sistema como um todo Fig 228 Algumas formas comuns de trabalho mecânico são discutidas a seguir Trabalho de eixo Transmissão de energia por meio da rotação de um eixo é uma prática muito comum na engenharia Fig 229 Frequentemente o torque T aplicado ao eixo é constante o que significa que a força F aplicada também é constante Para um torque constan te o trabalho realizado durante n rotações é determinado da seguinte maneira uma força F que atua através de um braço r gera um torque T Fig 230 dado por 223 Essa força atua ao longo de uma distância s relacionada ao raio r por 224 Dessa forma o trabalho do eixo é determinado por 225 A potência transmitida através do eixo é o trabalho de eixo realizado por unidade de tempo sendo expresso por 226 onde é o número de rotações por unidade de tempo FIGURA 228 Se não há movimento não há trabalho realizado BLONDIE KING FEATURES SYNDICATE Motor Barco FIGURA 229 A transmissão de energia através de eixos rotativos é comumente encontrada na prática s F F FIGURA 227 O trabalho realizado é proporcional à força aplicada F e à distância percorrida s