Aula06-TermodinâmicaAplicada1aLeiTermodinamica parte 2

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Ciclos
Ciclos
Em um ciclo, o estado volta.
O trabalho é a área sob a curva
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A
B
O trabalho é a área sob a curva.
A
B
Entalpia
Entalpia
Quando não há variações de Energia Cinética (EC) e potencial (EP)
E que o processo é quase-estático
Chamaremos de entalpia
 [kJ]
 por unidade de massa [kJ/kg]
Algumas tabelas não fornecem os valores da energia interna, mas sim da entalpia do sistema. 
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Calor específicos para gases
Calor específico de gases ideais
Queremos aquecer um gás ideal, mas pode ser a ou 
1ª lei e a lei dos gases
A volume constante 
Logo, ou 
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Calor específico de gases ideais
1ª lei e a lei dos gases
A pressão constante 
Logo, ou 
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Relação e 
Da entalpia 
Podemos escrever como função da diferença entre os estados térmicos
Logo,
Ou na base molar (para 1 mol)
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Como,
Introduz-se a variável 
Para gases ideais
Relação e 
Pela diferenciação da equação dos gases
Para isobáricos então
Da 1ª Lei
Queremos achar a relação 
Assim 
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Processo adiabático 
Faremos a integral de 12
Usando propriedades dos logaritmos
 ou na forma
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1
2
Processo adiabático
 onde 
para 1 mol 
A relação politrópica entre e foi determinada e pode ser estendida para a relação e .
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1
2
Assim temos:
Trabalho de um processo adiabático
 ou seja , onde 
Assim,
Agora para adiabáticos
Lembrando, quando isotérmico
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Exercício
Calcule a variação de entalpia para 1kg de oxigênio quando este é aquecido de 300K a 1500K. Admita que o oxigênio se comporte como um gás ideal.
Da tabela A.8
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Transferência de calor
Transferência de calor por condução
Interação por colisões ou intercâmbio de moléculas.
Mais energia  mais interações
Quando um corpo está em contato com outro, dá-se o nome de transferência de calor por condução.
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Em função do gradiente de temperatura
Lei de Fourier para a condução térmica
 é a condutibilidade térmica expressa 
Valores típicos de condutibilidade térmica
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	Subtância	
	Sólidos metálicos	Da ordem de 100
	Sólidos não metálicos (vidro, gelo e água)	1 a 10
	Líquidos	0,1 a 10
	Gases	0,01 a 0,1
Convecção térmica
Quando a transferência por convecção ocorre por um meio que escoa dá-se o nome de transferência por convecção.
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Convecção térmica
Lei de Newton para convecção térmica
Onde é função das propriedades do meio
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	  [W/m².K]	gás	Líquido
	Convecção natural	5-25	50 – 1000
	Convecção forçada	25-250	50 – 20000
	Ebulição	2500 - 100000	 
Transferência por radiação
O último modo de transferência é a radiação. Neste modo, a energia é transmitida de forma de ondas eletromagnéticas. A taxa de emissão superficial de energia é escrita como uma fração emissividade, da taxa de emissão de um corpo negro perfeito, ou seja, 
onde é a temperatura da superfície e é a constante de Stefan-Boltzmann. 
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Exemplo
Considere uma transferência de energia de um quarto quente a 20°C para um outro ambiente a -10°C através de uma janela de vidro simples. A variação de temperatura pela distância da superfície de fora com a superfície de dentro é mostrado como uma camada de transferência de calor por convecção, mas inexistente dentro do quarto. A folha de vidro tem uma espessura de 5mm com condutividade de 1,4W/mK e área de 0,5m². O vento de fora com coeficiente de transferência de calor convectivo é de 100W/m²K. A temperatura externa é de 12,1°C, gostaríamos de saber a taxa de transferência de calor no vidro e na camada convectiva.
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Exemplo
Considere uma transferência de energia de um quarto quente a 20°C para um outro ambiente a -10°C através de uma janela de vidro simples. A variação de temperatura pela distância da superfície de fora com a superfície de dentro é mostrado como uma camada de transferência de calor por convecção, mas inexistente dentro do quarto. A folha de vidro tem uma espessura de 5mm com condutividade de 1,4W/mK e área de 0,5m². O vento de fora com coeficiente de transferência de calor convectivo é de 100W/m²K. A temperatura externa é de 12,1°C, gostaríamos de saber a taxa de transferência de calor no vidro e na camada convectiva.
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Calor condutivo por dentro do vidro.
Calor convectivo do vidro para o ambiente.
Exercícios
Exercício 1
Um cilindro provido de pistão apresenta volume inicial de 0,1m³ e contém nitrogênio a 150kPa e 25°C. Comprime-se o nitrogênio, movendo o pistão , até que a pressão e a temperatura se tornem iguais a 1MPa e 150°C. Durante esse processo, o calor é transferido do nitrogênio e o trabalho realizado sobre o nitrogênio é 20 kJ. Determine o calor transferido no processo.
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Exercício 2
Suponha que 0,0401 mol de um gás ideal seja submetido ao ciclo exibido na figura, com e . O caminho é isocórico, ao longo do caminho a pressão diminui linearmente com o volume, e o caminho é isobárico. As capacidades de calor molar do gás são e Calcule cada um dos valores da tabela.
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		Energia [J]		
	Processo			
		-	-	-
		-	-	-
		-	-	-
	CICLO			
1
3
2
Exercício 2
Área de 23 é a área do trapézio
Encontrar a temperatura dos pontos
 logo e 
Mas para o processo não sabe-se , mas que 
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1
3
2
Exercício 2
Mas para o processo eu não sei , mas se que 
 
Completa-se a 1ª lei para o processo 
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1
3
2
		Energia [J]		
	Processo			
		0	300	300
		200	50	-150
		-100	-250	-150
	CICLO	100	100	0
Exercício 3
Um vaso de volume de 5m³ e contém 0,05m³ de líquido saturado e 4,95m³ de vapor saturado a 0,1MPa. Calor é transferido até que todo o vaso é preenchido por vapor saturado. Determine a transferência de calor deste processo.
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Exercício 3
Um vaso de volume de 5m³ e contém 0,05m³ de líquido saturado e 4,95m³ de vapor saturado a 0,1MPa. Calor é transferido até que todo o vaso é preenchido por vapor saturado. Determine a transferência de calor deste processo.
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O que é Termodinâmica
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Exercício 3
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O que é Termodinâmica
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Exercício 3
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O que é Termodinâmica
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Interpolação (método matricial)
 
0,09831 
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	Pressão (kPa)	 (m³/kg)
	1750	0,11349
	2000	0,09963
	2250	0,08875
O que é Termodinâmica
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v	1750	2000	2250	0.11348999999999999	9.9629999999999996E-2	8.8749999999999996E-2	
Interpolação 
Regra de 3
 e então .
Método da substituição
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Não é um bom método
Interpolação no Excel
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v	
1750	2000	2250	0.11348999999999999	9.9629999999999996E-2	8.8749999999999996E-2	Pressão [kPa]
v [m³/kg]
Exercício 3
A mesma interpolação é feita para o valor da energia interna 
Logo, a energia total depois de aquecer é
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Exercício 4
Um cilindro tem um volume de 0,1m³ e contém 0,5kg de água a pressão de 0,4MPa. Calor é transferido até que a temperatura atinja 300°C, enquanto que a pressão é mantida constante. Determine a quantidade de calor e trabalho neste processo.
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Exercício 4
Análise teórica
O trabalho a pressão constante
Na 1ª lei
Pela definição de entalpia
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Exercício 4
Determinar os estados inicial e final
E o trabalho
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O que é Termodinâmica
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Exercício 5
Em um pistão/cilindro a temperatura de 20°C, há vapor saturado de R-134a. Em um dado momento, o volume do cilindro é de 10L e depois é expandido para 40L. 
O cilindro é não-isolado e o processo pode ser considerado como reversível (quase-estático). Se o trabalho do processo é de 8,0 kJ, quanto calor é transferido?
O cilindro é isolado e há uma mudança brusca na pressão exercida e o processo é considerado rápido. A pressão final dentro do cilindro é de 150kPa. De quanto que é a transferência de calor e trabalho neste processo?
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Exercício 5a
Cilindro não isolado, processo reversível e temperatura constante
Título = 1. (vapor saturado de R134a)
Atenção na tabela
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Exercício 5a
Procuramos o valor de 
Na 1ª lei
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Exercício 5b
Cilindro isolado, processo adiabático e calor = 0
Título = 1. (vapor saturado de R134a)
Por interpolação utilizando 
41Exercício 6
Um forno de ferro fundido de 25 kg contém, 5kg de madeira de pinho e 1kg de ar. A condição inicial de todos os corpos é de 20°C e pressão de 101kPa. A madeira queima e calor é distribuído uniformemente a 1500W. Desconsidere fluxo de ar e mudanças de massa da madeira e outras perdas de calor. Ache a taxa de mudança de temperatura e estime o tempo para atingir 75°C.
Estado inicial. 
Neste processo, não há trabalho 
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Exercício 6
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Exercício 7
Um cilindro com pistão com volume inicial de 0,1m³ de nitrogênio a 150kPa e a 25°C. Comprime-se o pistão até o gás atingir pressão de 1MPa e 150°C. Durante este processo, é permitido calor ser transferido e o trabalho é de 20kJ. Determine quanto é este calor.
Como gás ideal
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