Fenômenos aula 6 primeira lei da termodinâmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Professor: Ricardo Melo
INTRODUÇÃO
Uma das leis fundamentais na natureza é a primeira lei da termodinâmica, que também é conhecida como princípio da conservação da energia;
Ela estabelece que a energia não pode ser criada e nem destruída, apenas muda de forma;
Exemplo: a pedra lançada 
 de uma certa altura:
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA
O conteúdo de energia de um sistema fechado pode mudar por transferência de calor e trabalho;
A conservação da energia para um sistema fechado pode ser expresso na forma de taxa;
ENERGIA DO SISTEMA
A energia total do sistema é dada por:
Onde a energia específica (energia por unidade de massa) é escrita como:
Em que u é a energia interna específica, e os outros dois termos são a energia cinética e potencial por unidade de massa.
USANDO O TTR
Utilizando o TTR para este caso, temos que:
Da primeira lei da termodinâmica e, levando-se em consideração o instante que sistema e VC coincidem:
O TERMO DO CALOR
O termo da transferência de calor torna-se zero para duas situações:
O sistema é bem isolado e a quantidade de calor perdida é desprezível;
O sistema e vizinhança estão na mesma temperatura e não há força motriz para transferência de calor.
O TERMO DO TRABALHO
O termo do trabalho pode ser dividido em quatro contribuições para uma análise mais detalhada:
O trabalho de eixo (Ws): é o termo proveniente dos equipamentos como turbinas e compressores.
Trabalho realizado por forças de pressão: pistão:
O TERMO DO TRABALHO
Considere uma quantidade de fluido como mostrado. Ele se move com o escoamento e se deforma sob influência de pressão. A pressão sempre atua para dentro e normal à superfície
O TERMO DO TRABALHO
3) Trabalho realizado por tensões cisalhantes: incluem eixos (já considerado), superfície sólidas e aberturas. Analisando os casos:
 Superfícies sólidas:
O TERMO DO TRABALHO
Aberturas: este termo pode ser feito nulo se a superfície de controle for escolhida perpendicular ao vetor velocidade. Como a tensão de cisalhamento atua no plano de dA:
A EQ. DA ENERGIA
Com os resultados para o termo do trabalho a eq. da energia é escrita como:
Simplificando nós chegamos a eq. abaixo:
A EQ. DA ENERGIA
O termo pv é chamado trabalho de escoamento que representa o trabalho necessário para empurrar o fluido para dentro ou para fora do VC;
O termo u + pv pode ser substituído pela entalpia (h = u + pv) e a eq. da energia toma a forma:
Aplicação
Durante um teste de uma bomba centrífuga usando água, um manômetro, externo a carcaça, marca uma pressão de -6 psig na seção de sucção onde o diâmetro é de 12 in. Na seção de descarga, onde o diâmetro é 10 in, a pressão é 40 psig. A descarga está 5 ft acima da sucção. A descarga através da bomba é medida em 4 ft³/s. Calcule a potência em hp (horsepower) da bomba.
Aplicação
Na figura abaixo, água é bombeada em regime permanente com vazão mássica de 816 lbm/s. calcular a potência em hp. Considere o sistema adiabático e fluxo isotérmico. Desprezar as perdas por atrito.
Aplicação
Ar (Cp = 1,004 kJ/kg.K) escoa em regime permanente através de uma turbina que produz 700 hp. Para as condições de entrada (d = 20 cm) e saída (D = 30 cm), estime a velocidade de saída e o calor transferido em Watts.