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Universidade Federal do Pará – UFPA Instituto de Tecnologia - ITEC Faculdade de Engenharia Mecânica - FEM Introdução TE 04183 – Climatização de Ambiente Construído: Introdução – Aulas 1 e 2 eraldocs@ufpa.br Prof. Eraldo Cruz dos Santos, Dr. Eng. mailto:eraldocs69@oi.com.br CICLO DE ROTINAS - UNIFEI.ppt#2. INTRODUÇÃO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 2 TÓPICOS DA APRESENTAÇÃO ✓ INTRODUÇÃO A CLIMATIZAÇÃO E AO CONFORTO TÉRMICO; ✓ PLANO DE ENSINO: ❖ Identificação; ❖ Ementa; ❖ Objetivos (gerais e específicos); ❖ Conteúdo Programático; ❖ Carga Horária e Cronograma; ❖ Estratégias de Ensino; ❖ Recursos Necessários; ❖ Avaliação; ❖ Referências. ✓ CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS: ❖ Calor e Trabalho; ❖ Estado e Processos; ❖ Equilíbrio e Ciclo Termodinâmicos. ✓ UNIDADE DE MEDIDA; ✓ REVISÃO. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 3 INTRODUÇÃO Livro de Projeto de Máquinas de Fluxo do Prof. Dr. Zulcy de Souza, que usa métodos de Dinâmica dos Fluidos Computacionais – CFD (cuja elaboração do capítulo nono foi com a participação dos membros do GETEC), lançado em Julho de 2011. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 4 INTRODUÇÃO Capítulo 6 – Biofuel and Gas Turbine Engine: 2012. Capítulo 5 – Micro Gas Turbine Engine: A Review: 2013. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 5 INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO A CLIMATIZAÇÃO E AO CONFORTO TÉRMICO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 6 CLIMATIZAÇÃO – Introdução É o conjunto dos meios técnicos empregados para criar e/ou manter em recinto fechado, por meio de aparelhos, condições favoráveis de temperatura, pressão, umidade etc., independentes das condições atmosféricas do ambiente exterior. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 7 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 8 CLIMATIZAÇÃO – Introdução “Processo de tratamento do ar, que através do ajuste simultâneo de temperatura, umidade, grau de pureza e circulação, permite manter condições desejáveis para um espaço climatizado“. (ASHRAE) (ASHRAE) é a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado é uma associação profissional global que busca promover o projeto e a construção de sistemas de aquecimento, ventilação, ar condicionado e refrigeração. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 9 CLIMATIZAÇÃO - Introdução Áreas da Climatização Para fazer parte desta área em primeiro lugar, é preciso definir o que se quer fazer. A climatização é um segmento amplo. Os profissionais podem se especializar em diferentes áreas do HVAC, que são: ✓ Aquecimento (heating); ✓ Ventilação (ventilation); ✓ Ar condicionado (air conditioning) ✓ Refrigeração (refrigeration). Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 10 CLIMATIZAÇÃO - Introdução Cursos e Níveis Depois de definir qual braço da climatização será percorrido, é hora de iniciar o curso de capacitação. No mercado existem cursos técnicos de curta duração, cujos valores estão na faixa de 800 a 2500 reais, e também graduações de nível universitário. O valor da faculdade tem uma variação maior e varia de acordo com a instituição de ensino e curso selecionado. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 11 CLIMATIZAÇÃO - Introdução Cursos e Níveis Os cursos técnicos mais encontrados são: ✓ Projetos de climatização (Projetista); ✓ Técnico em ar-condicionado (instalação e manutenção de splits e janeleiros); ✓ Ar condicionado Solar; ✓ Ar condicionado Automotivo; ✓ Técnico em Refrigeração e Climatização; ✓ Refrigeração comercial (câmaras frias); Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 12 CLIMATIZAÇÃO - Introdução Cursos e Níveis Os cursos técnicos mais encontrados são: ✓ Refrigeração Industrial; ✓ Refrigeração aplicada; ✓ Mecânico de Refrigeração ✓ Automação Residencial; ✓ AC central / Splitão / Self Contained; ✓ Técnico climatização de grande porte (instalações comerciais e industriais). Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 13 CLIMATIZAÇÃO - Introdução Cursos e Níveis Os cursos superiores que trabalham com a climatização: ✓ Engenharia Mecânica; ✓ Engenharia Civil ✓ Arquitetura; ✓ Curso Superior de Tecnologia em Eletrotécnica; ✓ Pós-Graduação em Engenharia da Climatização. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 14 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Climatização é a definição dada ao processo de fazer com que um meio ambiente qualquer permaneça em uma faixa de temperatura agradável aos organismos biológicos vivos que se quer preservar. A AVAC ou HVAC constitui a tecnologia destinada ao conforto ambiental interior, sobretudo em edifícios e em veículos. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 15 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Em regiões frias o conforto do aquecimento é condicionado pela movimentação do ar quente que saí do lado exterior para o interior de um ambiente, através de ventoinhas forçadas por motores bipolares. Tanto "AVAC" como "HVAC" são siglas que significam "aquecimento, ventilação e ar condicionado" (em inglês "heating, ventilating and air conditioning"), referindo-se às três funções principais e intimamente relacionadas a cada tipo de tecnologia. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 16 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 17 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Em regiões com temperaturas elevadas o processo de refrigeração ocorre através da movimentação do ar frio condicionado por um equipamento, que troca o calor em local externo, resultando na liberando ar quente para o lado exterior, enquanto que o ar frio é conduzido para o interior do ambiente refrigerando-o, sendo que o processo ocorre em ciclo chamado de Ciclo de Refrigeração. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 18 CLIMATIZAÇÃO – Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 19 CLIMATIZAÇÃO – Introdução ✓ Temperatura; ✓ Umidade; ✓ Contaminantes; ✓ Velocidade e vazão; ✓ Pressão. Devem permanecer dentro dos limites impostos pelas especificações requeridas nas legislação em vigor. Assim, climatização do ar ambiente envolve o ajuste de parâmetros físicos do ar interior, como: Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 20 CONFORTO TÉRMICO DE AMBIENTES ✓ Ar Condicionado: Corretamente empregado, o termo Ar Condicionado significa, controlar os seguintes parâmetros de um ambiente ou da vizinhança de uma substância: ❖ A temperatura do ambiente a ser climatizado deve estar entre 17 °C (Consumo Máximo) a 25 °C (Consumo Mínimo) em Média (20 a 22 °C); ❖ A circulação (Injeção e Exaustão); ❖ A pureza (98%); ❖ A umidade relativa do ambiente que deve estar entre 35 a 65 %. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 21 FUNDAMENTOS DA CLIMATIZAÇÃO - Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 22 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Estabelecer os limites de uma zona de conforto térmico para um ambiente é uma tarefa extremamente difícil, isto porque, a sensação de conforto, além de estar ligada a uma série de variáveis, está também ligada adaptação ao meio em que se vive, dificultando ainda mais a tarefa de encontrar um limite para o qual se possa afirmar, que dentro de um determinado ambiente, se tem uma sensação de conforto e, fora dele, se tem uma sensação de desconforto térmico. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 23 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Conforto Térmico: são as condições ambientais de temperatura e de umidade que proporcionam sensação de bem-estar às pessoas que ali estão ou convivem. De maneira geral os fatores que afetam o conforto térmico estão listados ao lado. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 24 CONFORTO TÉRMICO - Introdução O corpo humano é uma máquina térmica e, como tal, converte ou transforma qualquer tipo de energia em trabalho mecânico. A função de absorção da energia e de transformação da mesma em energia ocorre através do processo de metabolismo. Metabolismo: é processo pelo qual o corpohumano converte a energia dos alimentos em calor e trabalho. O calor que é gerado continuamente pelo corpo é deve ser eliminado, a fim de que a temperatura interna se mantenha constante ou em equilíbrio termodinâmico. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 25 CONFORTO TÉRMICO - Introdução A Energia Metabólica Total - EMT, produzida no interior do corpo é dissipada ao longo do dia da seguinte maneira: • Trabalho externo realizado pelos músculos, W; • Dissipação de calor sensível através da porção exposta da pele e roupas por convecção e radiação, C + R; • Dissipação de calor latente por transpiração, QRSW; • Difusão de umidade pela pele, QDIFF; • Dissipação de calor sensível por meio da respiração, QSRESP; • Dissipação de calor latente devida respiração, QLRESP. Em condições de regime permanente, tem-se: EMT – W = (C + R + QRSW + QDIFF) + (QSRESP + QLRESP) Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 26 CONFORTO TÉRMICO - Introdução A taxa de liberação de calor pelo corpo humano pode variar de 120 (W) para atividade sedentária, até 440 (W) para atividade intensa (ver Tab. 48, pg. 1-94 Carrier). Este calor representa uma parcela muitas vezes importante da carga térmica de resfriamento de um sistema de ar condicionado. Embora nem todos os fatores que afetam o conforto sejam completamente entendidos, sabe-se que o conforto é diretamente afetado pelos seguintes fatores: ✓ Temperatura; ✓ Umidade relativa; ✓ Circulação do ar (renovação); ✓ Radiação de superfícies vizinhas; ✓ Odores; ✓ Poeira; ✓ Ruído. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 27 CONFORTO TÉRMICO - Introdução O corpo humano gera calor continuamente o qual é transferido ao ambiente em uma taxa que varia, aproximadamente, entre 100 (W) e 1.000 (W). Conforme se pode constatar na figura ao lado, tanto a geração do calor, quanto a dissipação de calor não são uniformes através do corpo de uma pessoa, criando regiões mais ou menos sensíveis às variações térmicas de um ambiente. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 28 CONFORTO TÉRMICO - Introdução O bem estar do ser humano está associado a condição de conforto ambiental que, de forma ampla, envolve: ✓ Conforto Acústico; ✓ Conforto Antropométrico; ✓ Conforto Olfativo; ✓ Conforto Tátil; ✓ Conforto Térmico; ✓ Conforto Visual. A aplicação mais frequente de Aparelhos de Ar Condicionado – AC, visa a manutenção de condições adequadas de conforto térmico para o ser humano mas também tem influência sobre o conforto acústico e olfativo. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 29 CONFORTO TÉRMICO - Introdução O ar atmosférico é composto de uma mistura de quatro componentes principais (gases), com traços de um número de outros, e vapor d'água. A composição do ar seco (apenas os quatro componentes) é relativamente constante variando levemente com o tempo, localização e altitude. É razoável considerar todos os gases como uma substância homogênea (ar seco), mas tratar o vapor d'água separadamente, porque este é passível de condensação nas condições de pressão e de temperatura encontradas na atmosfera. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 30 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Constituintes Massa molecular [kg/kmol] Fração molar (%) Oxigênio – (O2) 32,000 20,95 Nitrogênio – (N2) 28,016 78,09 Argônio – (Ar) 39,944 0,93 Dióxido de Carbono – (CO2) 44,010 0,03 Composição Padrão para o Ar Baseado na tabela acima, pode-se calcular a massa molecular do ar seco, Mar. 𝑴𝒂𝒓 = 𝒊=𝟏 𝟒 𝑴𝒊 ∙ 𝑿𝒊 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 31 http://www.altercorecrew.com/wp-content/uploads/2014/12/landscape-amazing-photos-182929.jpg 78 % N2, 21 % O2, 0,9 % Ar, 0,035 % CO2 Vapor d’água Contaminantes naturais (pólens, poeiras etc.) CONFORTO TÉRMICO - Introdução C o m p o s i ç ã o d o A r Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 32 http://www.altercorecrew.com/wp-content/uploads/2014/12/landscape-amazing-photos-182929.jpg CONFORTO TÉRMICO - Introdução C o m p o s i ç ã o d o A r The World Health Organization says Ahvaz is the one of world’s most polluted cities. Ahvaz is a city known for oil fields, heavy industry with a sugar processing plant and a coal-burning power plant. Air pollutants such as nitrogen oxides increase the susceptibility of respiratory infections. Finally chronic exposure to ozone and certain heavy metals reduce lung function, while the later responsible for asthma, emphysema, and even lung cancer. http://www.nationmaster.com/blog/?p=189 78 % N2, 21 % O2, 0,9 % Ar, 0,035 % CO2 Vapor d’água Poluentes CO Pb NO2 O3 Particulados SO2 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 33 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Contaminantes do ar interior ✓ Fungos ✓ Bactérias ✓ Particulados ✓ CO ✓ CO2 ✓ Radônio ✓ VOCs Resoluções ANVISA RE 176 e RE 9 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 34 CONFORTO TÉRMICO - Introdução As variáveis mais comuns associadas ao conforto térmico humano são: ✓ Temperatura radiante média (interna e externa); ✓ Umidade relativa; ✓ Velocidade do escoamento do ar no ambiente; ✓ Pureza do ar; ✓ Pressão; ✓ Odores; ✓ Nível de ruído; ✓ Espaço físico; ✓ Condições de iluminação; ✓ Disposição de cores; ✓ Contaminantes presentes no ambiente; ✓ Outros fatores locais. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 35 CONFORTO TÉRMICO - Introdução O efeito combinado de todos os fatores listados anteriormente é que determina a sensação de conforto ou de desconforto térmico em um ambiente. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 36 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 37 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 38 CONFORTO TÉRMICO - Introdução Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 39 PLANO DE ENSINO PLANO DE ENSINO DA DISCIPLINA CLIMATIZAÇÃO DE AMBIENTE CONSTRUÍDO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 40 IDENTIFICAÇÃO ✓ Disciplina: Climatização de Ambiente Construído – TE 04183; ✓ Faculdade: Engenharia Mecânica – FEM; ✓ Turma: 24M34 (09:20 às 11:00 horas); ✓ Turma: 24T34 (14:50 às 16:30 horas); ✓ Local: DP – 11; ✓ Caráter: Disciplina Obrigatória; ✓ Pré-Requisito: Transmissão de Calor e Massa II; ✓ Carga horária (h): 4 h/a semanais e 50 teóricas e 18 Práticas - 68 h/a semestrais (cada aula com 50 minutos); ✓ Professor: Dr. Eraldo Cruz dos Santos: eraldocs@ufpa.br; ✓ Monitores: Alunos do Projeto Resfriar; PLANO DE ENSINO mailto:eraldocs@ufpa.br Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 41 OBJETIVO GERAL O objetivo principal da Faculdade de Engenharia Mecânica - FEM é prover formação que capacite o profissional para a solução de problemas do mundo real a partir de análise de Sistemas Térmicos, por meio do desenvolvimento e aplicação de novas tecnologias considerando seus aspectos técnicos, econômicos, políticos, sociais, ambientais, culturais e de sustentabilidade, com visão ética e humanística, em consonância com as demandas da sociedade. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 42 OBJETIVO DAS AULAS As aulas da disciplina Climatização de Ambiente Construído, do curso de graduação em Engenharia Mecânica, da FEM, do ITEC, da UFPA, têm como objetivo conduzir os alunos regularmente matriculados aos conhecimentos básicos dos conceitos, das definições, dos princípios de funcionamento dos componentes, das características, do estado da arte, das análises termodinâmicas (ideal, real e as irreversibilidades), das principais aplicações e dos projetos de alguns tipos de sistemas climatização e de conforto térmicos em particular as sobre a descrição dos fenômenos e modelamento matemático de sistemas térmicos. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 43 OBJETIVO PERMANENTES DO CURSO De acordo com o PPC os objetivos permanentes da FEM são: a) Oferecer aos estudantes uma boa formação básica interligada às disciplinas de formaçãoprofissional e específica; b) Desenvolver atividades práticas nas disciplinas para que os alunos possam aplicar os conhecimentos teóricos e entender a importância dos mesmos na sua formação, bem como desenvolver habilidades técnico-profissionais; c) Capacitar os alunos a resolverem problemas de engenharia através do domínio de conhecimentos profissionalizantes e específicos; d) Proporcionar atividades acadêmicas que permitam o desenvolvimento de trabalhos e projetos interdisciplinares em equipe e a integração dos conhecimentos do curso; PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 44 OBJETIVO PERMANENTES DO CURSO De acordo com o PPC os objetivos permanentes da FEM são: e) Promover a interação dos docentes e discentes com a indústria e instituições de ensino, através de projetos de pesquisa e extensão, estágios e outras atividades acadêmicas; f) Desenvolver atividades científicas de alto nível, visando formar engenheiros com habilidades para pesquisa científica e tecnológica; g) Estimular uma atitude proativa do aluno na busca do conhecimento e nas relações interpessoais de modo a facilitar sua inserção e evolução técnica no mercado de trabalho. h) Promover a divulgação de conhecimentos técnicos, científicos e culturais que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber através do ensino, de publicações ou de outras formas de comunicação. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 45 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES De acordo com o PPC as habilidades do Engenheiro da FEM são: Tomada de decisões: visando o uso apropriado, a eficácia e o custo benefício de recursos humanos, energéticos, de equipamentos, de materiais, de procedimentos e de práticas; Comunicação: para o exercício da engenharia, o egresso deve dominar as diferentes formas de linguagem tais como a comunicação verbal, habilidades de escrita e leitura, a comunicação via computadores e novas tecnologias; Liderança: os engenheiros devem estar aptos a assumirem posições de liderança, envolvendo compromisso, responsabilidade, empatia, habilidade para tomada de decisões, comunicação e gerenciamento de forma efetiva e eficaz no seu campo de atuação; PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 46 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES De acordo com o PPC as habilidades do Engenheiro da FEM são: Planejamento, Supervisão e Gerenciamento: os engenheiros devem estar aptos a fazer o gerenciamento, administração e orientação dos recursos humanos, recursos energéticos, das instalações, equipamentos e materiais técnicos, bem como a informação no seu campo de atuação. Além disso, devem estar aptos a fazer planejamento e supervisão, a partir da identificação de necessidades das empresas, e serem gestores de programas de melhorias; Educação Continuada: Os engenheiros devem ser capazes de aprender continuamente, tanto novos conhecimentos teóricos e práticos em sua área de formação quanto em áreas correlatas ou de interesse. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 47 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES As competências específicas do engenheiro baseiam-se no artigo 4°. da Resolução do CNE/CES 11. Desta forma o Engenheiro Mecânico deverá estar apto a: • Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à engenharia mecânica; • Utilizar ferramentas e técnicas da engenharia mecânica; • Identificar, formular e resolver problemas de engenharia mecânica; • Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados; • Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos; • Planejar, supervisionar, elaborar e coordenar projetos e serviços de engenharia mecânica; PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 48 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES • Supervisionar a operação e a manutenção de máquinas e instalações industriais; • Atuar em equipes multidisciplinares; • Compreender e aplicar a ética e as responsabilidades profissionais; • Avaliar o impacto das atividades da engenharia mecânica no contexto social e ambiental; • Avaliar a viabilidade econômica de projetos de engenharia mecânica; • Atuar na região Norte do Brasil considerando as peculiaridades e necessidades específicas da região. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 49 EMENTA DA DISCIPLINA ✓ Psicrometria: Fundamentos e processos; ✓ Instalações de climatização; ✓ Estimativa de carga térmica para conforto; ✓ Dimensionamento de dutos de ar; ✓ Distribuição de ar no ambiente condicionado; ✓ Seleção de equipamentos de climatização; ✓ Laboratório de conforto térmico. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 50 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Visando atender a ementa do curso, o conteúdo programático terá os seguintes tópicos: ✓ Introdução a Climatização e ao Conforto Térmico; ✓ Conceitos, Definições, Fundamentos e Enunciados; ✓ Fundamento e Processos de Psicrometria: ❖ Carta Psicrométrica. ❖ Aplicação da Psicrometria; ✓ Principais Tecnologias para Climatização de Ambientes: ❖ Tipos; ❖ Características; ❖ Equipamentos. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 51 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO ✓ Estimativa da Carga Térmica de Ambientes: ❖ Principais técnicas e características; ❖ Condições do Ambiente; ✓ Dimensionamento de Dutos para Ambiente Climatizados: ❖ Técnica de velocidade; ❖ Técnica de perda de carga. ✓ Distribuição do Ar em Ambiente; ✓ Características para a Seleção de Equipamentos para Climatização; ✓ Instalação de equipamentos para climatização; ✓ Laboratório de Climatização e de Conforto Térmico: ❖ Manutenção de Equipamentos; ❖ Avaliação de Equipamentos. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 52 CARGA HORÁRIA E CRONOGRAMA Será realizada, por bimestre, uma avaliação. Cada avaliação será dividida nas seguintes atividades: uma prova teórica, um trabalho (pesquisa aplicada) e uma lista de exercícios, com a seguinte distribuição e cronograma: Primeiro Bimestre: Data Provável 24/10/2018. ✓ P1 - Prova teórica: 80 %; ✓ L1 - Lista de exercícios em sala 20 %. Segundo Bimestre: Data Provável 05/12/2018. ✓ P2 - Prova teórica: 80 %; ✓ L2 - Lista de exercícios em sala 20 %. Prova final abrangendo todo o conteúdo: Valor de 100 % – Data Provável 18/12/2018. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 53 ESTRATÉGIA DE ENSINO ✓ Aulas expositivas de 50 minutos cada: ❖ Aulas expositivas com uso de Datashow; ❖ Apresentações contendo animações e vídeos; ❖ Resolução de exercícios no quadro branco; ❖ Apresentação oral de trabalhos em equipes; ❖ Entrega das listas de exercícios conforme as datas agendadas. ✓ Disponibilidade das Apresentações das Aulas: as apresentações, lista de exercícios, trabalhos de aplicação, etc., serão disponibilizadas somente pelo sistema SIGAA (Comunidade virtual – Climatização de Ambiente Construído); ✓ Cabe a cada um dos alunos obter os arquivos da disciplina, de forma alguma, os arquivos serão repassados em sala de aula. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 54 RECURSOS NECESSÁRIOS ✓ Para o desenvolvimento das aulas desta disciplina são necessários os seguintes recursos: ❖ Notebook; ❖ Datashow; ❖ Apresentações das aulas; ❖ Animações e vídeos sobre os tópicos da ementa; ❖ Canetas para quadro branco; ❖ Apagador para quadro branco; ❖ Formulários; ❖ Tabelas termodinâmicas; ❖ Calculadora. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 55 AVALIAÇÃO As regras de pontuação seguem as que estão contidas no projeto pedagógico do curso, ou seja, a avaliação segue o regimento da UFPA, prevendo-se a atribuição de duas notas bimestrais e havendo, ao fim do semestre, a aplicação dos exame final. A frequência também é apurada conforme regimento da Universidade. Sendo necessário uma participação acima de 75 % de presença nas aulas. A avaliação é feita por meio de provas escritas, trabalhos individuais ou em grupo; atividades práticas, entre outrassituações avaliativas, sempre adequadas à metodologia empregada pelo professor. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 56 AVALIAÇÃO 02 (duas) provas (uma por bimestre), ou trabalhos (cada prova será dividida em questões teóricas e práticas). Frequência Mínima: 75% do total de aulas ministradas. (onde Nota1 e Nota2 são os valores dos somatórios das avaliações dos bimestres) Nota >= Regular e frequência > 75% - Aprovado 30 < Nota < 50 – Exame Final Nota < 30 – Reprovado Frequência < 75% - Reprovado Os alunos em Exame Final terão direito a realização de uma prova substitutiva, que substituirá a menor nota. PLANO DE ENSINO 𝐂𝐨𝐧𝐜𝐞𝐢𝐭𝐨 = 𝐍𝐨𝐭𝐚𝟏 + 𝐍𝐨𝐭𝐚𝟐 𝟐 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 57 AVALIAÇÃO Os valores dos notas de cada avaliação bimestral serão convertidos nos respectivos conceitos, com a seguinte variação: ✓ Sem Rendimento (S): para alunos que não comparecerem ou desenvolveram as atividades dos bimestres ou final; ✓ Insuficiente (I): 0 a 49,99; ✓ Regular (R): 50,0 a 69,99; ✓ Bom (B): 70,0 a 89,99; ✓ Excelente (E): 90,0 a 100,0; É importante lembrar que para ser aprovado um aluno deve ter conceito igual ou acima de Regular e presença nas aulas acima de 75 %, respectivamente. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 58 REFERÊNCIAS BÁSICAS Livro Texto: J. E. CORRÊA. Refrigeração e Climatização. Apostila de notas de aulas, 2004. ASHRAE. Handbook of fundamentals. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, 2005. ASHRAE. Handbook of systems and equipment. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, 2000. ASHRAE. Handbook of applications. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 1999. STOECKER, W. F. ; JONES, J. W. Refrigeração e ar condicionado. São Paulo, McGraw-Hill, 1985. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 59 REFERÊNCIAS COMPLEMENTAR SAUER Jr, H. J.; HOWELL, R. H. Principles of heating ventilating and air conditioning: a textbook based on 1993 ASHRAE handbook- fundamentals. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 1994. WANG, S. K. Handbook of air conditioning and refrigeration. New York, McGraw-Hill, 1994. McQUISTON, F.C. ; SPITLER, P.E. Cooling and heating load calculation manual. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 1994. 2 ed. SIMÕES MOREIRA, J. R. Fundamentos e aplicações da psicrometria. São Paulo, RPA,1999. ASHRAE. Psychrometrics: theory and pratice. Atlanta-GA, American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, 1996. PLANO DE ENSINO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 60 DISCUSSÃO Procedimentos na Sala de Aula Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 61 CONCEITOS, DEFINICÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 62 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Processo Quase Estático: ✓ Fase de uma Substância Pura: Aplica-se a quantidade de matéria que é homogênea tanto na composição química como em sua estrutura física. Entende-se homogeneidade na estrutura física quando a matéria é sólida, líquida ou gasosa. Este processo é definido como um processo no qual o desvio do estado de equilíbrio termodinâmico é de ordem infinitesimal. Portanto, todos os estados pelos quais o sistema passa durante o processo podem ser considerados como estados de equilíbrio. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 63 Processos Quase Estáticos CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 64 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Estado Morto: Qualquer desequilíbrio com relação ao meio ambiente, seja de pressão, temperatura, composição química, velocidade ou elevação, apresenta-se como uma oportunidade de desenvolver trabalho. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 65 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS “Caminho” descrito pelo sistema na transformação.P1 V1 T1 U1 P2 V2 T2 U2 Processos Durante a transformação Isotérmico Temperatura invariável (Constante) Isobárico Pressão invariável (Constante) Isovolumétrico, Isocórico, Isométrico Volume (Constante) Adiabático É nula a transferência de calor com a vizinhança (sem transferência de calor). Isoentalpico Entalpia invariável (Constante) Isoentrópico Entropia invariável (Constante) Estado 2Estado 1 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 66 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Ciclos Termodinâmicos: Um ciclo termodinâmico ocorre quando um fluido de trabalho de um sistema (substância), em um dado estado inicial, passa por uma série de mudança de estados (processos), podendo retornar ou não para o seu estado inicial ou ser renovado. O ciclo em que o fluido de trabalho não retorna ao seu estado inicial é chamado de ciclo aberto. Neste caso, existe a necessidade de renovação do fluido de trabalho, pois no fim do processo o fluido de trabalho apresenta características e propriedades diferentes do estado inicial. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 67 Fonte quente Fonte fria Trabalho – W (do inglês Work) Ciclo Termodinâmico De onde a máquina retira calor QHot. Para onde a máquina rejeita calor QCold A Máquina de Denis Papin 1647 - 1712 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 68 Ciclo Termodinâmico PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Estado 1 Estado 2 P1; T1; V1; m1; x1 u1 ... P2; T2; V2; m2; x2 u2 ... O ciclo onde o fluido de trabalho retorna ao seu estado inicial e é recirculado na máquina térmica é chamado de ciclo fechado. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 69 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Transformação P1 V1 T1 U1 P2 V2 T2 U2 Estado 1 Estado 2 Transformação Variáveis de estado Variáveis de estado Estado 2Estado 1 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 70 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Transformações Máquinas Térmicas - Diagrama PV Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 71 Exemplo de Ciclo Termodinâmico: Ciclo Otto Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 72 Exemplo de Ciclo Termodinâmico: Ciclo Diesel Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 73 Exemplo de Ciclo Termodinâmico: Ciclo de Refrigeração Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 74 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Regimes dos Processos das Transformações Processos em Regimes Permanente e Uniforme Os termos Regime Permanente e Regime Uniforme são usados frequentemente na engenharia para indicar o momento da avaliação de um fenômeno, sendo que: O termo Regime Permanente significa que não está ocorrendo nenhuma modificação com as propriedades de um sistema com o tempo. O oposto de permanente é um regime transiente ou temporário. O termo Regime Uniforme indica que não estão ocorrendo nenhuma variação espacial. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 75 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Regimes dos Processos das Transformações Processos em Regimes Permanente e Uniforme Regime Permanente Regime Uniforme Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 76 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Calor (Q): É a energia que se transfere de um corpo para outro ou de um ponto para outro de um mesmo corpo, movida somente pela diferença de temperatura, até que se atinja o equilíbrio térmico. O calor é uma propriedade de fronteira e, para haver transferência de calor não há necessidade de massa entre os dois corpos. O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 77 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Calor (Q): =− 2 1 21 QQ 1 [J] = 1 [N . m] Comparação entre Calor e Trabalho TcmQ = Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 78CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Calor (Q): =− 2 1 21 QQ 1,0 (J) = 1,0 (N . m)TcmQ = Onde: Q = quantidade de calor sensível (cal ou J). c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g . °C ou J/kg . °C). m = massa do corpo (g ou kg). ΔT = variação de temperatura (°C). Quando: Q > 0: o corpo ganha calor. Q < 0: o corpo perde calor. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 79 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Temperatura (T): Esta é uma grandeza física que mede o estado de agitação média das partículas do corpo. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 80 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Escalas de Temperatura (T): São valores normalizados destinados a servir como referência de comparação para a agitação dos corpos. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 81 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Escalas de Temperatura (T): São valores normalizados destinados a servir como referência de comparação para a agitação dos corpos. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 82 Escalas de Temperatura PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Escalas de Medição Celsius, Fahrenheit Escalas Absolutas Kelvin, Rankine Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 83 Escala de Temperatura 1 - Kelvin e Celsius: T(K) = 273,16 + T(°C) 2 - Rankine e Kelvin: T(°R) = 1,8 . T(K) 3 - Fahrenheit e Rankine: T (°F) = T(°R) - 459,67 4 - Fahrenheit e Celsius: T (°F) = 1,8 . T(°C) + 32 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CILCOS Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 84 Exercício 1. Escreva a relação entre graus Celsius [°C] e Fahrenheit [°F]. EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Solução: Interpolando linearmente as escalas entre a referência de gelo fundente e a referência de vaporização da água, tem-se: 32212 32 0100 0 − − = − − FC oo )32F( 9 5 C oo −= Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 85 Termômetro Digital Termômetro Infravermelho Medidores de Temperatura Termômetro Convencional Termômetro de Gás de volume constante Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 86 Escala de Gás Escala de Temperatura de Gás Escala Kelvin Temperatura do banho a é uma constante arbitrária pT = a tpp 16,273 =a = tpp p T 16,273 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 87 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado - Trocas de calor Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior. Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro. Como, ao absorver calor Q > 0 e ao transmitir calor Q < 0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja: ΣQ = 0 𝑸𝟏 +𝑸𝟐 +𝑸𝟑 +∙∙∙ +𝑸𝒏 = 𝟎 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 88 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado – Calor Sensível É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo. Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa (m), da variação da temperatura (T) e de uma constante de proporcionalidade (c) que dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico. 𝑸𝑺 = 𝒄 ∙ 𝒎 ∙ ∆𝑻 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 89 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado – Calor Latente Nem toda a troca de calor existente na natureza se detém a modificar a temperatura dos corpos. Em alguns casos há mudança de estado físico destes corpos. Neste caso, chama-se a quantidade de calor calculada de calor latente. A quantidade de calor latente (QL) é igual ao produto da massa do corpo (m) e de uma constante de proporcionalidade (L). 𝑸𝑳 = 𝒎 ∙ 𝑳 Quando: Q > 0: o corpo ou substância se funde ou vaporiza. Q < 0: o corpo ou substância se solidifica ou condensa. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 90 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado – Calor Latente A constante de proporcionalidade é chamada calor latente de mudança de fase e se refere a quantidade de calor que 1,0 (g) da substância calculada necessita para mudar de uma fase para outra. Além de depender da natureza da substância, este valor numérico depende de cada mudança de estado físico. Por exemplo, para a água: Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 91 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado - Trocas de calor Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 92 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Representação da Mudança de Estado Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 93 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Ponto Triplo da Água para a água: P = 0,6113 (kPa) e T = 0,01 (°C) para a água a temperatura do ponto triplo: T = 273,16 (K) Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 94 Exercício 2: Um tanque de volume 0,85 (m3) contém inicialmente uma mistura de água e vapor d’água em equilíbrio a 260 (°C) e título de 0,7. O vapor d’água saturado a 260 (°C) é vagarosamente retirado através de uma válvula reguladora de pressão localizada no topo do tanque e ao mesmo tempo calor é transferido para o tanque para manter a pressão constante. Este processo é contínuo até que o tanque esteja repleto de vapor saturado a 260 (°C). Determinar a quantidade de calor transferido, em (kJ), desprezar a variação de energia cinética e potencial. EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 95 Exercício 3: Um bloco de um material desconhecido e de massa 1,0 (kg) encontra-se à temperatura de 80 (°C), ao ser encostado em outro bloco do mesmo material, de massa 500 (g) e que está em temperatura ambiente 20 (°C). Qual a temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos estejam em um calorímetro. EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Exercício 4: Em uma cozinha, uma chaleira com 1,0 (l) de água ferve. Para que ela pare, são adicionados 500 (ml) de água à 10 (°C). Qual a temperatura do equilíbrio do sistema?. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 96 Exercício 5: A que quantidade de calor deve absorver uma amostra de gelo de massa igual a 720 (g) a – 10 (°C) para passa ao estado líquido a 15 (°C)? Se for fornecido ao gelo uma energia total, na forma de calor, de apenas 210 (kJ), quais são o estado final e a temperatura da amostra? EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Exercício 6: Um lingote de cobre de massa igual a 75 (g) é aquecido em um forno de laboratório até a temperatura de 312 (°C). Em seguida, o lingote é colocado em um béquer de vidro contendo uma massa de 220 (g) de água. A capacidade térmica do béquer é de 45 (cal/K) A temperatura inicial da água e do béquer é de 12 (°C). Supondo que o lingote, o béquer e a água são um sistema isolado e que a água não é vaporizada, determine a temperatura final do sistema quando o equilíbrio térmico for atingido. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 97 Exercício 7: Qual a temperatura de equilíbrio entre um bloco de alumínio de 200 (g) à 20 (°C) mergulhado em um litro de água à 80 (°C)? Dados calor específico: água é igual a 1,0 (cal/g . °C) e do alumínio é igual a 0,219 (cal/g . °C). EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Exercício 8: Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? Dado: densidade da água igual a 1,0 (g/cm³) e calor latente de vaporização da água é igual a 540 (cal/g). Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 98 Conceito de Pressão A F p Normal AA = → lim CONCEITOSFUNDAMENTAIS - Pressão Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 99 Pressão Absoluta e Relativa Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 100 1 [atm] = 10332,27 [kgf/cm²] 1 [atm] = 760 [mmHg] = 101,325 [kPa]; 1 atm = 1,013250 bar; 1 bar = 105 N/m2 (Pa); 1 bar = 0,9869 atm; 1 bar = 100 kilopascals (kPa) Pressão Absoluta e Relativa pabs = patm + pm pm = pabs - patm Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 101 ghhp == Piezômetro Esquema de um manômetro em U Manômetro do tipo Bourdon Medidores de Pressão Sensor de pressão ghhpp atm ==− Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 102 Exercício 9. Um manômetro instalado em uma tubulação de vapor registra a pressão de 50 kPa. Se a pressão atmosférica local é de 101,325 kPa, determine a pressão absoluta correspondente. EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO Solução: kPa151,32550101,325p efetivaatmabs =+=+= pp Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 103 CONCEITOS, DEFINIÇÕES E ENUNCIADOS ✓ Trabalho (W): Um sistema termodinâmico produz trabalho quando toda energia liberada pode ser convertida no aumento da energia potencial da posição de um em relação a outro corpo, ou seja, neste sistema o trabalho produzido deve ter o mesmo efeito sobre o meio (tudo externo ao sistema) que o de levantamento de um peso. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 104 CONCEITOS, DEFINIÇÕES E ENUNCIADOS Trabalho dxFW = 1 [J] = 1 [N . m] Trabalho de Expansão dVPW = dxAPdxFW == 1,0 (W) = 1,0 (J/s) Potência 1 (cal) = 4,1865 (J) ሶ𝑾 = 𝜹𝑾 𝜹𝒕 Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 105 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS Convenções de Calor e Trabalho Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 106 Considerações sobre o Calor e o Trabalho ✓O calor e o trabalho são, ambos, fenômenos transitórios. Os sistemas nunca possuem calor ou trabalho, porém qualquer um deles ou, ambos, atravessam a fronteira do sistema, quando o sistema sofre uma mudança de estado. ✓ Tanto o calor quanto o trabalho são fenômenos de fronteira. Ambos são observados somente nas fronteiras do sistema, e ambos representam energia atravessando a fronteira do sistema. ✓ Tanto calor como trabalho são funções de linha e têm diferenciais inexatas. ✓ Calor e trabalho NÃO são propriedades termodinâmicas. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 107 Considerações sobre o Calor e o Trabalho ✓ Enunciado de Clausius: “É impossível admitir-se uma máquina cíclica que transfere calor de uma fonte fria para uma fonte quente, sem que ela se movimente a custa de um trabalho externo.” Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 108 CONCEITOS, DEFINIÇÕES, FUNDAMENTOS E ENUNCIADOS ✓ Lei Zero da Termodinâmica: “Se A e B são dois corpos de um sistema em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro, ou seja, a temperatura desses sistemas é a mesma”. A B C Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 109 PROCESSOS, TRANSFORMAÇÕES E CICLOS Certa massa delimitada por uma fronteira. Vizinhança do sistema. O que fica fora da fronteira Sistema isolado Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança. Sistema fechado Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira. Sistema Termodinâmico Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 110 Unidades Geométricas e Mecânicas SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Grandezas Nome Símbolo Definição Observação Comprimento metro m Comprimento igual a 1.650.763,73 do comprimento de onda, no vácuo da radiação correspondente à transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo de Criptônio 86. Unidade de base – definição ratificada pela 11ª. CGMP/1960. Massa quilograma kg Massa do protótipo internacional do quilograma 1) Unidade Base – definição ramificada pela 3ª. CGPM/1901; 2) Esse protótipo é conservado no Bereau Internacional de pesos e medidas, em Sèvres, França. Tempo segundo s Duração de 9.192.931.700 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de Césio 133. Unidade de base – definição ratificada pela 13ª.CGPM/1967. Temperatura Termodinamica Kelvin K Fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. Kelvin é uma unidade de base – definição ratificada pela 13ª. CGPM/1967. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 111 Grandezas e Unidades Fundamentais SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES GRANDEZAS FUNDAMENTAIS UNIDADES FUNDAMENTAIS NOME SÍMBOLO Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Temperatura Kelvin K Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 112 Grandezas e Unidades Derivadas SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES GRANDEZA DERIVADA EQUAÇÃO FÍSICA SIMBOLOGIA UNIDADE DERIVADA Força N (Newton) Energia J (Joule) Trabalho J (Joule) Calor J (Joule) Potência W(Watt) Pressão Pa (Pascal) Volume específico ----- Massa específica ----- Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 113 Fatores de Conversão de Unidades COMPRIMENTO 1 m 3,281 ft = 39,37 in 1 cm = 0,3937 in 1 km = 0,6214 in 1 ft = 0,3048 m 1 in = 0,0254 m 1 in = 5280 ft = 1609,3 ÁREA 1 m2 = 10,76 ft2 1 cm2 = 0,1550 in2 1 ft2 = 0,0929 m2 1 in2 = 645,16 mm2 VOLUME 1 m3 = 35,315 ft3 1 cm3 = 0,06102 in3 1 l = 0,001 m3 = 0,035315 ft3 1 gal = 231 in3 1 ft3 = 0,028 317 m3 1 in3 = 1.6387 x 10-5 m3 1 gal = 0,0037854 m3 MASSA 1 lg = 2,20462 lbm 1 ton = 1000 kg 1 lbm = 0,453592 kg 1 slug = 14,594 kg 1 ton = 2000 lbm Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 114 Fatores de Conversão de Unidades PRESSÃO 1 Pa = 1 N/m2 1 kPa = 0,145038 psi 1 in Hg = 0,9412 psi 1 mm Hg = 0,1333 kPa 1 psi = 6,894757 kPa 1 inHg = 3,387 kPa 1 bar = 100 kPa 1 atm = 101,325 kPa = 14,696 psi = 760 mmHg = 29,92 inHg FORÇA 1 N = 1 kg m/s2 1 N = 0,224809 lbf 1 lbf = 4,448222 N 1 dina = 1 x 10-5 N ENERGIA 1 Btu= 778,169 ft lbf 1J = 9,478 x 10-4 Btu 1 cal = 4,1840 J 1 Btu = 1,055056 kJ 1 ft lbf = 1,3558 J 1 IT cal = 4,1868 J Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 115 Fatores de Conversão de Unidades ENERGIA ESPECÍFICA 1 kJ/kg = 0,42992 Btu/lbm 1 kJ/kg mol = 0,4299 Btu/lbmol 1 Btu/lbm = 2,326 kJ/kg 1 Btu/lbmol = 2,326 kJ/kg mol ENTROPIA ESPECÍFICA, CALOR ESPECÍFICO, CONSTANTE DO GÁS 1 kJ/kg K = 0,2388 Btu/lbm °R 1 kJ/kg mol K = 0,2388 Btu/lbmol °R 1 Btu/lbmR = 4,1868 kJ/kg K 1 Btu/lbmolR = 4,1868 kJ/kg K MASSA ESPECÍFICA 1 kg/m3 = 0,062428 lbm/ft3 1 lbm/ft3 = 16,0185 kg/m3 VOLUME ESPECÍFICO 1 m3/kg = 16,018 ft3/lbm 1 ft3/lbm = 0,062428 m3/kg Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 116 Fatores de Conversão de Unidades POTÊNCIA 1 W = 1 J/s 1 kW = 1,3410 hp = 3412 Btu/h Btu = 1,055056 kW 1 hp = 550 ft lbf/s = 2545 Btu = 745,7 W VELOCIDADE 1 m/s = 3,281 ft/s = 1 ft/s = 0,3048 m/s 1 mph = 1,467 ft/s = 0,4470 m/s TEMPERATURA T[°C] = (5/9) . (T[°F] - 32) T[°C] = T[K] – 273,15 T[K] = (5/9) . T[°R] T[K] = 1,8 . T[°R] T[K] = T[°C] T[°F] = (9/5) . T[°C] + 32 T[°F] = T[°R] – 459,67 T[R] = T[°F] Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 117 REVISÃO Assuntos da Aula ✓ Introdução a termodinâmica; ✓ Plano de ensino: ❖ Identificação; ❖ Ementa; ❖ Objetivos (gerais e específicos); ❖ Conteúdo programático; ❖ Carga horária e cronograma; ❖ Estratégias de ensino; ❖ Recursos necessários; ❖ Avaliação; ❖ Referências. ✓ Conceitos, definições, fundamentos e enunciados: ❖ Calor e trabalho; ❖ Estado e processos; ❖ Equilíbrio e ciclo termodinâmicos. ✓ Unidade de medida; ✓ Revisão. Prof. Cruz dos Santos, Dr. Eng. 28/08/2018 118 AGRADECIMENTO MUITO OBRIGADO!
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