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Análise do volume de controle e a segunda lei da termodinâmica
Termodinâmica
Unidade III
Profa. Dra. Andréia Fernandes da Silva
Tangará da Serra – MT
15 de maio de 2020
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Seção 3.1
Seção 3.2
Seção 3.3
Conservação da massa e conservação da energia para um volume de controle
Análise de volumes de controle
Segunda lei da termodinâmica
Volume de controle
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Exemplos: chuveiro, secador de cabelos, ventilador, fogão, purificador de água refrigerado...
Quando ocorre escoamento de massa, trabalho e calor através da superfície
Volume de controle / Sistema Aberto
Conservação da massa para um volume de controle
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Para um determinado instante, a massa de fluido que está armazenada corresponde exatamente à quantidade que entrou menos a quantidade de massa que saiu até aquele instante. 
Vazão mássica na entrada do reservatório 
Vazão mássica na saída do reservatório 
Massa que está armazenada no reservatório
(volume de controle)
Para um determinado instante t, o balanço da taxa temporal de massa é dada por: 
Conservação da massa para um volume de controle
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Para diversas entradas e diversas saídas, temos que: 
Em regime permanente, teremos: 
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Uma distribuidora de combustíveis faz a mistura de etanol anidro à gasolina, na proporção de 27% de etanol anidro para 73% de gasolina, em volume. Levando em conta que tanto o etanol quanto a gasolina estão a uma pressão de 1,5 bar e temperatura de 25 °C e que serão considerados incompressíveis nessa condição, e considerando que o regime é permanente, respeitando as proporções estabelecidas, qual deverá ser a vazão mássica de etanol anidro para uma vazão mássica de 50 kg/s de gasolina? 
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Formas de balanço de massa em termos de taxa
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Escoamento unidimensional 
O balanço de massa para várias entradas e saídas, em termos das propriedades da substância, é dado por: 
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Uma linha de ar comprimido de uma indústria, com diâmetro de ½’’, opera com pressão manométrica de 4 bar e temperatura de 30 °C, em uma cidade em que a pressão barométrica é de 0,95 bar. A velocidade de operação do ar é de 0,4 m/s. Considerando o ar como gás ideal e Rar = 287 J/kg.K, qual é a vazão mássica do ar nessas condições? 
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Um restaurante industrial pretende utilizar parte do vapor gerado na caldeira da indústria, com a finalidade de preparação de alimentos e limpeza dos utensílios utilizados. Nesse sentido, um novo sistema de lava-louças está sendo montado, e o misturador necessitará de 0,04 m/s³ de água líquida saturada à pressão de 500 kPa. Uma bomba fornecerá 10 kg/s de água líquida a 500 kPa de pressão e temperatura de 30 °C, para ser misturada ao vapor d’água, proveniente de uma linha de baixa pressão, vinda da caldeira e que operará a 500 kPa de pressão e temperatura de 200 °C. A Figura ilustra o misturador citado. Para que as condições sejam satisfeitas e estando o misturador em regime permanente, qual deverá ser a vazão mássica do vapor e qual é a temperatura da água na saída? 
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Conservação de energia para um volume de controle
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Aplicando a primeira lei da Termodinâmica para volume de controle, em termos de taxas temporais, temos: 
é a energia que está entrando no volume de controle; 
é o fluxo de calor líquido;
é a potência líquida; 
é a energia que está saindo do volume de controle. 
Onde,
Conservação de energia para um volume de controle
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Seção 3.1
Seção 3.2
Seção 3.3
Conservação da massa e conservação da energia para um volume de controle
Análise de volumes de controle
Segunda lei da termodinâmica
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Balanço de massa para um volume de controle
Aplicando um balanço de massa ao volume de controle, para múltiplas entradas e saídas, considerando que o regime é permanente, temos: 
Para uma entrada e uma saída, o balanço de massa resulta em:
Em que AV é a vazão volumétrica e υ o volume específico. 
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Balanço de energia para um volume de controle
Analogamente, para uma entrada e uma saída: 
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Balanço de energia para um volume de controle
	 é o calor líquido por unidade de massa;
		
 é o trabalho líquido por unidade de massa.
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Bocais e Difusores
Bocais e difusores são dutos com área de seção transversal variável. 
Quando a v do
fluido aumenta ao atravessar o duto. 
Quando a v do
fluido diminui ao atravessar o duto. 
Quando os dois sistemas estão combinados.
Portanto, nesses dispositivos, a variação da entalpia corresponde à variação da energia cinética. 
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Turbinas
Uma turbina é uma máquina que converte energia cinética em mecânica, através da passagem de um fluido pelas suas partes, provocando um movimento rotativo na turbina e disponibilizando trabalho (ou potência) no eixo.
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Compressores ou bombas
Os compressores e as bombas são máquinas que convertem trabalho (ou potência) em aumento de pressão nos fluidos que por eles escoam. 
Quando esse fluido é um
gás, utiliza-se o termo compressor. 
Quando é um líquido, utilizamos o termo bomba. 
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Trocadores de calor
Trocadores de calor são dispositivos destinados a refrigerar ou aquecer um sistema e também tem inúmeras aplicações industriais e residenciais. 
Balanço de massa (regime permanente)
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Trocadores de calor
Trocadores de calor são dispositivos destinados a refrigerar ou aquecer um sistema e também tem inúmeras aplicações industriais e residenciais. 
Balanço de energia (regime permanente)
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