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11/03/2021 1 Termodinâmica Introdução aos conceitos fundamentais da termodinâmica Prof. Msc. Rafael Misael Vedovatte • Unidade de Ensino: 01 • Competência da Unidade: Conhecer os aspectos gerais iniciais relacionados à Termodinâmica • Resumo: Nessa aula você conhecerá os conceitos de sistemas, propriedades, estado, processo, ciclo, substância, tabelas de vapor e energia. • Palavras-chave: Termodinâmica, energia, propriedades. • Título da Teleaula: Introdução aos conceitos fundamentais da termodinâmica • Teleaula nº: 01 Contextualização da teleaula Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) e http://bit.ly/3kSJAbW Estado Propriedades Sistema Conceitos Conceitos introdutórios e definições em termodinâmica Conceitos Introdutórios Fonte: (PEDRO, 2018, p. 16) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.24) Termodinâmica: thermes (calor) e dynamis (movimento). Definição Calor Conceitos Introdutórios Fonte: (PEDRO, 2018, p. 16) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.24) Sistema Massa e Energia 11/03/2021 2 Conceitos Introdutórios Fonte: (PEDRO, 2018, p. 20) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.24) Propriedades Estado Termodinâmico (2 props independentes) Processo Ciclo Conceitos Introdutórios Fonte: (PEDRO, 2018, p. 20) Propriedades • Volume Específico • Massa Específica • Pressão Conceitos Introdutórios Fonte: (PEDRO, 2018, p. 27) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.24) Temperatura Lei Zero da Termodinâmica Resolução da SP Projeto Técnico: • Sistema de geração de eletricidade a partir da queima de bagaço de cana Resolução da SP Empresa solicita um relatório dos componentes que integrarão o sistema Resolvendo a Situação Problema 01 Fonte: (PEDRO, 2018, p. 20) 11/03/2021 3 Conceitos Obtenção de propriedades termodinâmicas Obtenção de propriedades termodinâmicas Fonte: http://bit.ly/2O4i9Qb Fase • Quantidade de matéria que é homogênea como um todo, tanto em composição química como em estrutura física Substância Pura • Aquela cuja composição química é uniforme e invariável (MORAN; et al., 2018, p. 75). Obtenção de propriedades termodinâmicas Substância Pura Fonte: (PEDRO, 2018, p. 37) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.32) Obtenção de propriedades termodinâmicas Substância Pura Fonte: (PEDRO, 2018, p. 39 e 40) Obtenção de propriedades termodinâmicas Transição de Fase Fonte: (PEDRO, 2018, p. 39 e 40) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) Obtenção de propriedades termodinâmicas Propriedades Fonte: (PEDRO, 2018, p. 46) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) Domo de Vapor 11/03/2021 4 Resolução da SP Projeto Técnico: • Sistema de geração de eletricidade a partir da queima de bagaço de cana Resolução da SP Avaliar estado da água na turbina: • Identificar a fase da água na turbina do novo sistema; • Utilização do manômetro e do termopar Resolvendo a Situação Problema 02 Fonte: (PEDRO, 2018, p. 47) Resolvendo a Situação Problema 02 Fonte: (PEDRO, 2018, p. 47) Interação Dúvidas Conceitos Avaliação de propriedades termodinâmicas 11/03/2021 5 Avaliação de propriedades termodinâmicas Substância pura simples compressível • É uma substância pura na ausência de movimento, ação da gravidade e efeitos de superfície, magnéticos ou elétricos (VAN WYLEN, 1980, p. 35). Fonte: Autor Estado Termodinâmico Processo Avaliação de propriedades termodinâmicas Tabelas de Vapor Fonte: (PEDRO, 2018, p. 55) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) Avaliação de propriedades termodinâmicas Tabelas de Vapor Fonte: (PEDRO, 2018, p. 55) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) Avaliação de propriedades termodinâmicas Propriedades Fonte: (PEDRO, 2018, p. 55) e (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) Avaliação de propriedades termodinâmicas Propriedades Fonte: http://bit.ly/3kM50r7 Calor Específico Avaliação de propriedades termodinâmicas Propriedades Fonte: http://bit.ly/3kM50r7 11/03/2021 6 Resolução da SP Projeto Técnico: • Sistema de geração de eletricidade a partir da queima de bagaço de cana Resolução da SP Análise Técnica: Identificar as propriedades reais do sistema • Volume específico • Energia Interna • Entalpia Resolvendo a Situação Problema 03 Sistemas Fonte: (PEDRO, 2018, p. 47) Conceitos Tabelas de Vapor Aplicação Tabelas de Vapor Aplicação • Determine a fase de cada um dos estados seguintes usando as tabelas do Apêndice B e indique as posições dos estados nos diagramas P-v, T-v, e P-T. • Amônia a 30 °C e 1000 kPa • R-134a a 200 kPa, e 0,125 m3/kg Substâncias Estados Tabelas de Vapor Aplicação Amônia a 30 °C e 1000 kPa Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64) 11/03/2021 7 Tabelas de Vapor Aplicação Amônia a 30 °C e 1000 kPa Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64) Tabelas de Vapor Aplicação R-134a a 200 kPa, e 0,125 m3/kg Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64) Tabelas de Vapor Aplicação R-134a a 200 kPa, e 0,125 m3/kg Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64) Resolução da SP Determinação de Fração Mássica de Vapor Resolução da SP Um recipiente fechado contém uma mistura saturada com 0,1 m3 de líquido e 0,9 m3 de vapor de R-134a a 30 °C. • Determine a fração mássica de vapor Resolvendo a Situação Problema 04 R-134a a 30 °C, e 0,1 m3/kg - líquido R-134a a 30 °C, e 0,9 m3/kg - vapor Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64 e 698) 11/03/2021 8 Resolvendo a Situação Problema 04 R-134a a 30 °C, e 0,1 m3/kg - líquido Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64 e 698) Resolvendo a Situação Problema 04 R-134a a 30 °C, e 0,9 m3/kg - vapor Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64 e 698) Resolvendo a Situação Problema 04 Cálculo da Fração Mássica Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018, p.64 e 698) R. 90% vapor em volume - 22,1% em massa Interação Dúvidas? Conceitos Recapitulando Recapitulando Fonte: (BORGNAKKE E SONNTAG, 2018) e http://bit.ly/3kSJAbW Estado Propriedades Sistema 11/03/2021 9
