FENÔMENOS DE TRANSPORTE I EXPERIMENTAL

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RELATÓRIO 4

FENÔMENOS DE TRANSPORTE I EXPERIMENTAL-

EME313P

(2018.1 - T14)

Professor: Helcio Francisco Villa Nova

Aluno: Guilherme Alessandro Reis

N° de matrícula: 2017002372

1. INTRODUÇÃO

A primeira forma de energia utilizada pelo homem foi a do seu próprio corpo na luta pela sobrevivência num mundo onde somente os fortes sobreviviam. Devido a descoberta do homem pré-histórico de como fazer fogo, iniciou-se então o domínio do homem sobre a produção de energia utilizando-a em seu benefício. Outra fase marcante na história da energia corresponde ao momento em que o homem passou a utilizar a energia dos animais para realizar os trabalhos mais pesados, como arar a terra e transportar cargas.

A energia dos ventos teve papel primordial no desenvolvimento da humanidade, uma vez que tornou possível aos navegadores europeus fazerem grandes descobertas. A energia dos ventos também teve grande importância na transformação dos produtos primários através dos moinhos de vento que foram um dos primeiros processos industriais desenvolvidos pelo homem.

Porém o grande marco da utilização da energia pelo homem teve lugar durante o século XVIII, com a invenção da Máquina a Vapor, que deu início à era da Revolução Industrial na Europa, marcando definitivamente o uso e a importância da energia nos tempos modernos. As invenções da Locomotiva e dos teares mecânicos foram umas das primeiras aplicações para o uso da energia das máquinas a vapor, em seguida vieram muitas outras como os navios movidos a vapor que contribuíram significativamente para o desenvolvimento do comércio mundial.

O estudo e o desenvolvimento da termodinâmica surgiram da necessidade de criar máquinas e de aumentar a eficiência das máquinas a vapor. O estudo desse ramo parte das Leis da Termodinâmica, leis essas que postulam que a energia pode ser transferida de um sistema para outro na forma de calor ou trabalho. Além disso, postulam a existência de uma quantidade denominada de entropia, a qual pode ser determinada para todos os sistemas.

O ensaio descrito a seguir tem por objetivo fazer o balanço energético de uma central a diesel.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Segundo Julius Robert Mayer (1842), uma energia perdida em uma reação é transformada em uma outra forma de energia. Assim como na conservação de massa, em um sistema completamente fechado a energia permanece a mesma, só que no caso da energia, o sistema também precisa ser isolado termicamente, evitando a perda em forma de calor.

O princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica é chamado de 1ª Lei da Termodinâmica, tornando possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.

Analisando o princípio da conservação de energia no contexto da termodinâmica, infere-se que um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente. Então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho[pic 2] e aumentar a energia interna do sistema ΔU (Fórmula 1).

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Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).

Sabe-se que a energia se expressa de diversas formas úteis à termodinâmica, tais como trabalho, calor, energia cinética, energia potencial, energia interna e entalpia, explicados detalhadamente a seguir. 

Chama-se de trabalho a transferência de energia (de diversas naturezas) entre um sistema e suas vizinhanças. Quando as vizinhanças executam trabalho sobre o sistema, diz-se que o trabalho é positivo. Caso contrário, se o sistema executar trabalho sobre suas vizinhanças diz-se que o trabalho é negativo. O trabalho pode ser: mecânico, elétrico, de eixo ou de escoamento. O trabalho mecânico, que é o mais conhecido, tem unidades de força x distância (Fórmula 2).

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Já calor (Q) é uma parcela de energia (da parte total) que foi transferida devido a uma diferença de temperatura (potencial térmico) entre um sistema e suas vizinhanças ou entre dois sistemas (Fórmula 3). Caso o calor seja transferido para o sistema ele é positivo.

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Onde:

Q = taxa de transferência de calor.

U = coeficiente empírico obtido a partir         de dados experimentais, de acordo com         o equipamento utilizado.

A = área disponível para transferência         de calor.

T2 – T1 = diferença de temperatura entre as vizinhanças (∆T).

Ainda, energia cinética (K) é energia associada à velocidade de um material ou sistema em relação à vizinhança (Fórmula 4).

[pic 6]                                                             (4)

K = Energia Cinética

m = massa do material ou sistema.

v = velocidade do material ou sistema.

                Já a energia potencial (PE) é a energia relacionada com o trabalho exercido sobre a massa de um sistema para deslocá-lo, com relação a uma superfície de referência, num campo gravitacional ou eletromagnético (Fórmula 5).

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                                                                                   (5)                

Onde:

g = aceleração da gravidade.

h = distância medida a partir da superfície de referência.

        A energia interna (U) é a energia resultante da combinação de todas as energias que compõem um sistema (molecular, atômica e subatômica), seguindo regras de conservação definidas para sistemas dinâmicos de grande número de partículas microscópicas (Fórmula 6).

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