Aula02_p1de3_Termo_2012_09mar2012

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UNIOESTE – Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Campus Foz do Iguaçu / Centro de Ciências Exatas
Engenharia Mecânica
TERMODINÂMICA
 Aula 02a – Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
Parte I/III
Prof. Dr Eduardo César Dechechi
dechechi@gmail.com 
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
 Aula 02 – Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Sumário
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Objetivos:
Apresentar o conceito de energia e definir suas várias formas;
Discutir a natureza da energia interna;
Definir o conceito de calor e a terminologia associada à transferência de energia sob a forma de calor;
Discutir os três mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e radiação;
Definir o conceito de trabalho, incluindo o trabalho elétrico e as várias formas de trabalho mecânico;
Apresentar a 1ª Lei da Termodinâmica, os balanços de energia e os mecanismos de transferência de energia de e para um sistema;
Mostrar que a um fluido escoando está associado um fluxo de energia através da fronteira. Esta transferência de energia é adicional àquela que atravessa a superficie de controle sob a forma de calor e/ou trabalho;
Definir eficiências de conversão de energia;
Discutir as implicações da conversão de energia sobre o meio ambiente.
Aula 02 – Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
2.1 Introdução
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
2.1 Introdução
2. Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
2.2 Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Situação: 
Um refrigerador operando com as portas abertas em uma sala bem vedada e isolada.
Questão: 
O que acontecerá com a temperatura média do ar da sala?
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Situação: 
Um refrigerador operando com as portas abertas em uma sala bem vedada e isolada.
Questão: 
O que acontecerá com a temperatura média do ar da sala?
Resposta: 
Ela aumentará.
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Situação: 
Um ventilador funcionando em uma sala bem vedada e isolada.
Questão: 
O que acontecerá com a temperatura média do ar da sala?
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Situação: 
Um ventilador funcionando em uma sala bem vedada e isolada.
Questão: 
O que acontecerá com a temperatura média do ar da sala?
Resposta: 
Ela aumentará.
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
ADIABÁTICO
2.1 Introdução
2.1.1 Princípio de Conservação da Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
2.2 Formas de energia
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
2. Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
2.1 Introdução
2.2 Energia Transferência de Energia e Análise Geral da Energia
2.2 Formas de Energia
2.2.1 Terminologia
2.2.2 Energia Total
2.2.3 Formas Macroscópicas de Energia
2.2.4 Formas Microscópicas de Energia
2.2.5 Energia Macroscópica
2.2.6 Energia Cinética (EC)
2.2.7 Energia Potencial (EP)
2.2.8 Energia Mecânica (EM)
2.2.9 Outras Formas de Energia Macroscópica
2.2.10 Energia Microscópica
2.2.11 Energia Sensível
2.2.12 Energia Latente
2.2.13 Energia Térmica 
2.2.14 Energia Química
2.2.15 Energia Nuclear
2.2.16 Energia Interna (U)
2.2.17 Energia Total (E)
2.2.18 Formas Estáticas de Energia
2.2.19 Formas Dinâmicas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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Termodinâmica – 2012
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O termo energia foi criado em 1807 por Thomas Young, e seu uso na Termodinâmica foi proposto por Lord Kelvin em 1852.
O termo energia interna e seu símbolo U apareceram a primeira vez nos trabalhos de Rudolph Clausius e William Rankine na segunda metade do Século XIX.
2.2 Formas de energia
2.2.1 Terminologia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
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A energia pode existir em inúmeras formas, a saber:
energia térmica;
energia mecânica;
energia cinética;
energia potencial;
energia elétrica;
energia magnética;
energia química;
energia nuclear.
Soma da formas de energia constitui a energia total E de um sistema.
E = Energia total					[ kJ ]
e = Energia total específica			[ kJ / kg ]
2.2 Formas de energia
2.2.2 Energia Total
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
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A Termodinâmica nada afirma a respeito do valor absoluto da energia total. 
Ela trata apenas da variação da energia total, E, que é o mais importante para os problemas de Engenharia.
Defini-se/atrivui-se um valor zero ( E = 0) à energia total do sistema a um dado escolhido.
2.2 Formas de energia
2.2.2 Energia Total
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
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Numa análise termodinâmica as diversas formas de energia que
constituem a energia total de um sistema são divididas em
dois grupos:
 macroscópico;
São aquelas que um sistema possui como um todo, com relação a algum referencial externo, como as energias cinética e potencial.
 microscópico.
São aquelas relacionadas à estrutura molecular de um sistema e ao grau de atividade molecular, e são independentes de referenciais externos.
A soma de todas as formas microscópicas de energia é chamada de energia interna de um sistema (U).
2.2 Formas de energia
2.2.2 Energia Total
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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Termodinâmica – 2012
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A energia macroscópica de um sistema está relacionada com o movimento e à influência de alguns efeitos externos como:
Gravidade;
Magnetismo;
Eletricidade;
Tensão superficial.
2.2 Formas de energia
2.2.5 Energia Macroscópica
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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É a energia que um sistema possui como resultado de seu
movimento relativo a algum referencial;[ J ]
ou, por unidade de massa,
										[ J / g ]
V é a velocidade do sistema em relação a um referencial fixo.
2.2 Formas de energia
2.2.6 Energia Cinética (EC)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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É a energia que um sistema possui como resultado de sua
altura em um campo gravitacional.
ou, por unidade de massa,
g é a aceleração da gravidade
z é a elevação do centro de gravidade do sistema com relação a algum nível de referência escolhido arbitrariamente.
2.2 Formas de energia
2.2.7 Energia Potencial (EP)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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2.2 Formas de energia
2.2.8 Energia Mecânica (EM)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Termodinâmica – 2012
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2.2 Formas de energia
2.2.9 Sistemas estacionários - fechados
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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Termodinâmica – 2012
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Relacionada à estrutura molecular e ao grau de atividade molecular;
soma das energias cinética e potencial das moléculas.
Energia Interna
Energia Sensível
Associada às energias cinéticas das moléculas.
“CALOR SENSÍVEL”
Energia Latente
Associada às diversas forças de ligação ...
“CALOR LATENTE – MUDANÇA FASE”
2.2 Formas de energia
2.2.10 Energia Microscópica - Térmica
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Energia Sensível
“CALOR SENSÍVEL”
Energia Latente
Associada às diversas forças de ligação entre:
moléculas de uma substância;
Átomos dentro uma molécula;
Partículas dentro de um átomo e seu núcleo;
“CALOR LATENTE – MUDANÇA FASE”
2.2 Formas de energia
2.2.10 Energia Microscópica - Térmica
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Energia Química
Energia associada às ligações atômicas de uma molécula.
Energia Nuclear
(A incrível) Energia associada às fortes ligações existentes no interior do núcleo do átomo.
2.2 Formas de energia
2.2.11 Energia Microscópica - outras
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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É a soma de todas as formas microscópicas de energia em um sistema.
Energia Sensível
Energia Latente
Energia Química
Energia Nuclear
2.2 Formas de energia
2.2.16 Energia Interna (U)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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2.2 Formas de energia
2.2.17 Energia Total (E)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Estáticas:
As formas de energia que constituem a energia total de um sistema, podem estar contidas ou armazenadas em um sistema e, portanto, podem ser vistas como formas estáticas de energia.
Dinâmicas:
Os tipos de energia não armazenados em um sistema podem ser visualizados como formas dinâmicas de energia ou como interações de energia.
As formas dinâmicas de energia são identificadas na fronteira do sistema à medida que atravessam e representam a energia ganha ou perdida por um sistema durante um processo.
2.2 Formas de energia
2.2.18 Formas de Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Termodinâmica – 2012
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As duas únicas formas de interação de energia associadas a um sistema fechado são transferência de calor e trabalho.
2.2 Formas de energia
2.2.19 Formas Dinâmicas de Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Termodinâmica – 2012
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Um volume de controle também pode trocar energia por meio de transferência de massa, pois sempre que massa é transportada para dentro ou para fora de um sistema, a quantidade de energia associada à massa também é transportada com ela.
2.2 Formas de energia
2.2.18 Formas Dinâmicas de Energia
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
2.2 Formas de energia
2.2.19 Energia mecânica
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Exemplo 2-2 (Çengel, página 48)
Turbinas Eólicas convertem 1/3 da energia potencial em energia elétrica
2.2 Formas de energia
2.2.19 Energia mecânica
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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2-1C a 2-14
2.2 Formas de energia
Exercícios (Çengel)
1. Introdução
2. Formas de Energia
3. Transferência de Energia por Meio de Calor
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Básicas
ÇENGEL, Y.A. & BOLES, M.A., 2007. Termodinâmica. São Paulo, SP: McGraw-Hill, 740p.
Complementares
BORGNAKKE, C. & SONNTAG, R.E., 2009. Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo, SP: Edgard Blücher, 659p.
MORAN, M.J. & SHAPIRO, H.N., 2009. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 800p.
INCROPERA, F.P., DEWITT, D.P., BERGMAN, T.L. & LAVINE, A.S., 2008. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 643p.
Bibliografia
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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