Atps Termodinâmica 6º Semestre

1. INTRODUÇÃO

Tendo como base o ATPS: 6ª Série de Termodinâmica do curso de Engenharia de Controle e Automação, iremos explanar as etapas a seguir:

2. Calor e Trabalho;

3. 1ª Lei da Termodinâmica;

4. 1ª Lei da Termodinâmica em Volumes de Controles.

2. ETAPA 2 (CALOR E TRABALHO)

2.1. Passo 1

O presente estudo tem por finalidade determinar o trabalho no processo de uma locomotiva (fig1), essa locomotiva contém um cilindro pistão que opera a pressão constante a 0,3 kg de vapor saturado de água a 300kPa.

Figura 1 Locomotiva

Dando continuidade em nossos estudos,vamos reformular as formulas.

Ɯ = Pdv = ʃ dv = Pv I = P ( V2 – V1)

Ɯ = P (mu2-mu1) = mP(u2-u1)

Consultando a tabela de agua saturada a 350Kpa encontramos o valor de:

Ƴ 1 = 0,52425m³/kg

O conjunto é resfriado até que o volume da agua se torne igual á metade inicial, com essa informação temos que dividir por 2 o peso especifico 1:

Ƴ2 = Ƴ1 = 0,52425 = Ƴ2 = 0,262125m³/kg

2 2

Com todas as informações necessarias encontradas anteriormente podemos encontar o trabalho com a seguinte formula:

Ɯ = Pm (Ƴ1 - Ƴ2)

Ɯ = 350.10³ x 0,3 (0,262125 – 0,52425)

Ɯ = 27,52KJ

O valor do trabalho é de Ɯ = 27,52KJ.

2. ETAPA 3 (1ª LEI DA TERMODINÂMICA)

3.1. Passo 1

A primeira lei da termodinâmica está relacionada com o princípio de conservação da energia interna de um sistema, e pode ser enunciada da seguinte forma: “A energia interna de um sistema termodinâmico se conserva se for considerada a transferência de calor”.

A expressão matemática que identifica a primeira lei é:

∆U = Q − Wi→ f

Obs.: adotam-se a seguintes convenções de sinais:

Q>0, quando é transferido calor ao sistema, contribuindo para o aumento de U;

Q 0 , quando o sistema realiza trabalho, contribuindo para a diminuição de U ;

Wi→ f < 0 , quando é realizado trabalho sobre o sistema, contribuindo para o aumento de U .

- O caminho percorrido pelo sistema entre um estado inicial e final só é conhecido se o processo termodinâmico for reversível, para isso, ele deve necessariamente ocorrer de forma quase-estática. Essa condição é essencial para permitir o cálculo do trabalho realizado e o calor transferido em um sistema.

- Processos termodinâmicos:

a) Adiabático: o sistema não troca calor com o ambiente, Q = 0.

b) Isocórico: o volume permanece constante, em geral, Wi→ f = 0;

c) Isobárico: a pressão permanece constante;

d) Isotérmico: a temperatura permanece constante;

e) Cíclico: o sistema retorna ao estado inicial, ∆U ciclo = 0.

- A equação de estado dos gases ideais é dada por:

PV = nRT ,

Onde:

R = 8,314 J / mol.K (constante universal dos gases ideais) e n é o número de moles.

- A energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura: U = U (T).

3.2. Passo 2

Nesse passo vamos determinar o calor transferido de um recipiente (Figura 2) com volume de 10m³, contém 0,02m³ de água líquida saturada e 3,75 m³ de água no estado de vapor saturado a pressão de 0,1Mpa.

Figura 2 Recipiente

Visualizando a tabela encontramos os valores:

Vliquido = 0,001043 m³/kg

Vvapor = 1,8940 m³ /kg

Agora encontrados os valores dos volumes do liquido e do vapor precisamos encontrar a massa do vapor e massa do liquido utilizando as seguintes formulas:

mliq = vliq = 0,02_ = mlíquido = 19,18kg

uliq 0,001043

mvap = vvap = 3,75 = mvapor = 2,21 kg

uvap 1,6940

Agora vamos encontrar Ui para equação utilizando todos os valores encontrados anteriormente com a seguinte fórmula:

Ui = mliqido . uliquido + mvapor . uvapor

Ui = 19,18.417,13+2,21.2506,06

Ui = 13546,31KJ

O calor é transferido á água até que o recipiente contenha apenas vapor saturado, com essa informação teremos que consultar a tabela B 12 para obtermos o valor ⱱv para seguir com a interpolação.

ⱱ = v = 3,77 = ⱱv = 0,17626 m²/kg

m 21,389

Tabela B 12

P Vv Uv

1100 0,17755 2586,40

ⱱv 0,17626 U vapor

1200 0,16335 2588,82

Uvapor = 2,204 + 25586,82

Uvapor = 25589,62 KJ/kg

Com o valor encontrado da interpolação agora vamos encontrar o Uf:

Uf = (mlíquido + mvapor ) . Uvapor

Uf = (19,175 + 2,214) . 2586,62

Uf