Trabalho_de_Termodinâmica[1][1]

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1.INTRODUÇÃO
A presente apostila destina-se ao Segundo semestre do Curso Superior de Engenharia Civil – contém informações básicas sobre alguns materiais deconstrução usualmente utilizados em obra que possa estar sendo utilizado em obras devido a temperatura e determinados projetos. Assim, trazendo conhecimento sobre leis da termodinâmica e alguns componentes de necessário conhecimento. Procuramos nos ater aos aspectos práticos e não nos preocupando com as origens, fórmulas, deduções e combinações químicas, a não ser de maneira superficial, como achamos que convém ao profissional prático.
As informações transmitidas são frutos de pesquisas emvários livros, destacando-se o “Livro - Física Para o Ensino Médio: Termologia, Óptica, Ondulatória - Volume 2” de autoria de “Luiz Felipe Fuke, Kazuhito Yamamoto”. Nas normas técnicas da ABNT, nos catálogos e folhetos de inúmeros fabricantes e nas experiências vividas no dia-a-dia.
1.1.2 A influência da temperatura na desforma do concreto
Todo concreto é composto de cimento, agregados (miúdo e graúdo), água, bem como aditivos, e seu endurecimento, entre outros fatores, é determinado pelas reações exotérmicas do cimento. Durante o inverno ou em dias com baixas temperaturas, as peças concretadas sofrem mudanças em seu desempenho habitual de desforma, afetando diretamente a produção industrial.
A velocidade de hidratação dequalquer tipo de cimento é influenciada, principalmente, pela temperatura e pela finura do cimento. Durante o inverno, é relativamente frequente o retardamento de pega do concreto, com consequentes quedas das resistências nas idades iniciais, muitas vezesimpossibilitando a desforma de peças estruturais. Portanto, a falta de cuidados preventivos pode causar danos ao ciclo operacional das indústrias.
E a má hidratação provocada pela ineficiência do processo de cura pode trazer problemas irreversíveis.
2. COMPONENTES IMPORTANTES
	Temperatura
Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema.
Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar nonosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas.
	Calor
Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do corpo "mais frio" aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela passagem deenergia térmica do corpo "mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência de energia é o que chamamos calor.
	Entropia
Em termodinâmica, entropia é a medida de desordem das partículas em um sistema físico. Utiliza-se a letraS para representar esta grandeza.
Comparando este conceito ao cotidiano, podemos pensar que, uma pessoa ao iniciar uma atividade tem seus objetos organizados, e a medida que ela vai os utilizando e desenvolvendo suas atividades, seus objetostendem a ficar cada vez mais desorganizados
	Equilíbrio térmico
Dois corpos em contato físico, estão em equilíbrio térmico quando param de trocar energia, quando o fluxo líquido de energia entre eles é nulo. Quando isso acontece, a temperatura dos dois corpos é a mesma.
2.1.1 Lei Zero da Termodinâmica
Quando mudamos o ambiente térmico de um corpo, por exemplo, levando-o de um refrigerador para um forno quente, na maioria dos casos, ele sofre alterações nas suas propriedades.Assim, a medida que a temperatura aumenta, o volume de um liquido também aumenta, uma barra de metal torna-se um pouco mais longa e a resistência elétrica de um fio aumenta, assim como a pressão exercida por um gás confinado. Podemos utilizar qualquer umadessas propriedades como base de um instrumento que nos ajude a definir melhor o conceito da temperatura.
A lei Zero é constantemente usada no laboratório. Se quisermos saber se os líquidos em dois recipientes estão a mesma temperatura, medindo a temperatura de cada um com um termômetro. Não precisamos coloca-los em contato para observar se estão ou não em equilíbrio térmico: se suas temperaturas são iguais, temos certeza de que estão.
2.1.2 Primeira Lei da Termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica constitui-se no princípio da conservação de energia. Isso significa que o valor da energia de um sistema é constante, não podendo ser criada ou destruída, apenas transformada. Assim, se uma máquina térmica receber, por exemplo,20 J de energia elétrica, parte será transformada em calor e parte em, energia mecânica. A soma das energias térmicas e mecânicas será de 20 J.
Apesar da válida para qualquer sistema, vamos explica-la ao estudo de comportamentos deGases ideais, pois a primeira lei da Termodinâmica relaciona a energia interna de um gás, o trabalho realizado ou sofrido por ele e o calor trocado com o ambiente.
Para tentar expressar como se dá essa relação entre as grandezas citadas,podemos pensar em como é possível aumentar a energia interna de um sistema. Existem maneiras de aumentar a temperatura e a energia do gás contido no recipiente. Naturalmente, a primeira ideia é aquecer o gás, ou seja, fazer que ele receba calor do ambiente. A segunda, e menos óbvia, é realizar trabalhos sobre os Gás, por exemplo, em uma compressão.
Esses exemplos não são absolutos, isto é, pode haver casos em que a compressão não leva a um aumento da temperatura, mas eles nos ajudam a notarque existe uma relação entre as grandezas. Da mesma forma, podemos pensar sobre o que ocorre quando fornecemos uma quantidade de energia em forma de calor a um sistema. Temos que parte dessa energia pode ser transformada em trabalho, fazendo o gás expandir, e parte é absorvida e convertida em energia interna.
2.1.3 Alguns casos especiais da Primeira Lei da Termodinâmica
	Processos adiabático: Processo adiabático e aquele que acontece tão depressa ou em um sistema tão bem isolado que não há trocas de calorentre o sistema e o ambiente. Fazendo Q=0 na primeira lei, obtemos ∆U=-W.
	Processos a volume constante: se o volume de um sistema (um gás, por exemplo) e mantido constante, o sistema não pode realizar trabalho. Fazendo W=0 na primeira lei, obtemos ∆E=Q.
	Processos cíclicos:Existem processos nos quais, após certas trocas de calor e de trabalho, o sistema volta ao estado inicial. Nesse caso, nenhuma propriedade intrínseca do sistema (incluindo a energia interna) pode varias. Fazendo ∆E=0 na primeira lei, obtemos Q=W.
	Expansões livres:São processos nos quais não há troca de calor com o ambiente e nenhum trabalho é realizado. Assim, Q=W=0 e, de acordo com a primeira lei, ∆E=0.
3. Segunda lei da Termodinâmica
Um pêndulo simples oscilando cessaseu movimento depois de algum tempo, em função, principalmente, da resistência do ar, pois sua energia mecânica diminui até que ele chegue ao repouso. No decorrer do movimento, a energia mecânica do pêndulo se converte em energia térmica. No entanto, nãose observa a transformação contrária, a conversão de energia térmica em energia mecânica para o movimento oscilatório do pêndulo. Isso quer dizer que, se aquecermos o ambiente, o pêndulo não começará a oscilar de forma espontânea.
Apesar dea primeira lei da termodinâmica não impedir, por definição, que a energia inicial seja recuperada, a probabilidade de isso acontecer é infinitamente pequena. Se o calor pudesse ser recuperado integralmente, o pêndulo poderia voltar a oscilar. O que se observa na prática é que o pêndulo não volta a oscilar, pois o calor somente migra espontaneamente de um corpo de temperatura mais alta para outro de temperatura mais baixa.
A segunda lei da termodinâmica enuncia exatamente esse fato: O calornão migraespontaneamentede um corpo de temperatura mais baixa para outro de temperatura mais alta.Assim, a segunda lei da termodinâmica afirma que a possibilidade de se converter integralmente calor em outra modalidade de energia. Por isso,
dizemos queo calor se constitui em uma forma degradada (perdida) de energia.
4. Implicações da variação de energia térmica na Construção civil.
Quando submetidos a um aumento de temperatura, os sólidos sofrem um aumento de volume, isto é, se expandem. No caso de elementos como pilares e vigas, há um alongamento do comprimento. Já quando ocorre uma diminuição da temperatura, os sólidos se contraem, diminuindo seu volume, havendo encurtamento longitudinal no caso de pilares e vigas.
Analisando o exemplo de uma ponte bem simples (suponhamos uma placa de concreto apoiada nos seus extremos) exposta ao sol durante várias horas, veremos que haverá um pequeno mas significativo aumento do seu comprimento. Agora imaginemos que os dois extremos da ponte tenham sido travados, restringindo-se a sua liberdade de movimentação. Aquela mesma variação de temperatura causará uma tendência de alongamento da placa. Porém, neste caso, ela estará impedida, e começará a “empurrar” os apoios dos extremos, que, por sua vez, comprimirão a ponte. Assim surgem esforços internos (de compressão) em todo o comprimento da placa, que podem até causar a ruína da ponte.
A variação da temperatura ambiente não se transmite instantaneamente ao concreto, mas tem uma ação retardada sobre a variação da temperatura deste, sendo de amplitude tanto menor quanto mais afastado da superfície exposta ao ar estiver o ponto considerado.
5. LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON
Refere-se, ao alcance de equilíbrio térmico de um sistema de dois ou mais corpos. Ou seja, corpos com temperaturas diferentes que entram em contato, fazendo com que aconteça transferência de calor - do corpo mais quente para o mais frio – até que atinjam tal equilíbrio térmico.
A Lei de Resfriamento de Newton afirma que “a taxa de variação temporal da temperatura de um corpo é proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e o meio circundante” (BRONSON, 2008, p.64) Conforme Bassanezzi e Ferreira (1988), um corposem fonte interna de calor deixado em um ambiente com temperatura T, sua temperatura tende a entrar em equilíbrio com a temperatura do ambiente “ TA”. Se T<TA este corpo se aquecera, mas no caso contrário, onde T>t ele resfriará. Como a temperatura de um corpo é considerada uniforme, ela será uma função do tempo, ou seja, T = T(t), quanto maior for |T – TA|, mais rápida será a variação T(t).
Assim tem-se,
DT/dt= ± k (|T – TA|)
Onde k > 0, pois se T > TA tem-se (dt/ dT) < 0 e, se T < TA tem-se (dt/ dT) > 0. Porém, quando T = TA a temperatura do corpo é igual à temperatura do ambiente onde se encontra e ela não variará e, T = TA é a solução estacionária da equação. Já a solução geral é dada por:
T(t) = ke-kt + TA , com kϵR .
5.1 EXPERIMENTO
Primeiramente confeccionou-se duas “mini-paredes” uma com blocos aparentes, ou seja, com argamassa somente entre os blocos, que foram assentados um sobre o outro, e a outra com blocos revestidos com um centímetro de argamassa em suas laterais. A argamassa foi feita na proporção de três partes de areia para uma de cimento e uma de cal. Após a secagem da argamassa as “mini-paredes” foram colocadas em estufa por trinta minutos e depois de retiradas mediu-se a temperatura do interior dos blocos, ou seja, entre os septos a cada dois minutos para formar uma tabela de dados experimentais.
Então a partir destes dados conseguiram-se as condições para determinar a constante de resfriamento do material e assim determinar o seu tempo de resfriamento através da modelagem da equação diferencial ordinária.
Materiais ultizados:
- Termômetro infravermelho Laser
- 05 Blocos
- Pasta de cimento
- Estufa
6. Conclusão
O controle da temperatura do concreto é usualmente realizado em obras de pavimento de concreto ou na execução de estruturasque utilizam grandes volumes de concreto ou grandes áreas superficiais, com o objetivo de prevenir a fissuração das estruturas. Embora a importância desse controle seja bastante disseminada no meio técnico, a contribuição de cada material constituinte na temperatura final do concreto ainda é bastante controversa.Neste contexto, é necessário entender a contribuição de cada material na temperatura global do concreto fresco. A quantidade de cada material na mistura e seu calor específico são as variáveis quedeterminarão a temperatura inicial do concreto fresco. Usualmente, o cimento ocupa apenas entre 7% e 15% do volume total, enquanto a água de amassamento e os agregados em geral constituem os restantes 70% e 90% do volume do concreto (PCA, 2011).
A outra variável conhecida é o calor específico de cada material. O cimento e os agregados apresentam na média calor específico baixo, da ordem de 0,92 kJ/kg.K, enquanto a água apresenta calor específico bastante elevado, da ordem de 4,184 kJ/kg.K,o que significa que a água pode armazenar grandes quantidades de calor, enquanto o cimento e o agregado podem dissipar o calor rapidamente.
Isto demonstra de forma clara que a influência da temperatura do cimento na temperatura global do concreto é muito menor do que a do agregado e a da água.
7. Bibliografias
	Pfeil, W., Concreto Armado, vol 1, Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., Rio, 1985.
	Halliday, Fundamentos da Física Volume 2 Editora LTC “ Cap 18,19,20)
	Revista Téchne, Impacto da temperatura do cimento na temperatura do concreto Edição 183- Dezembro/2011
	Livro - Física Para o Ensino Médio: Termologia, Óptica, Ondulatória - Volume 2 “Luiz Felipe Fuke; Kazuhito Yamamoto”.
	TAVARES, V. EDO de primeira ordem e a lei deresfriamento de Newton. Santa Maria: Centro Universitário Franciscano – UNIFRA, 2009
Sumário
1. INTRODUÇÃO	1
1.1.2 A influência da temperatura na desforma doconcreto	1
2. COMPONENTES IMPORTANTES	1
Temperatura....	1
Calor	2
Entropia	2
Equilíbrio térmico	2
2.1.1 Lei Zero da Termodinâmica	2
2.1.2 Primeira Lei da Termodinâmica	2
2.1.3 Alguns casos especiais da Primeira Lei da Termodinâmica	3
Processos adiabático:.	3
Processos a volume constante:.	3
Processos cíclicos:.	3
Expansões livres:.	3
3. Segunda lei da Termodinâmica	3
4. Implicações da variação de energia térmica na Construção civil.	4
5. LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON	5
5.1 EXPERIMENTO	5
6. Conclusão	6
7.Bibliografias .	6