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Curso de Termodinâmica Aplicada
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Apresentação em tema: "Curso de Termodinâmica Aplicada"— Transcrição da apresentação:
1 Curso de Termodinâmica Aplicada
Prof. Luís Mauro Moura Curso de Engenharia Mecânica - CEM Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUCPR Telefone: (41) Engenheiro Mecânico formado pela UFSC em 1990 com mestrado em Ciências Térmicas também pela UFSC em Realizou doutorado No Institut de Sciences Appliquées de Lyon, INSA de Lyon - França na área de Ciências Térmicas e Energia, com obtenção em 1998. Iniciou a carreira docente em 1999 na Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR) onde hoje é professor Titular. Trabalha com pesquisa na área de Ciências Térmicas e Aproveitamento de Energia, onde possui até o primeiro semestre de 2006, 13 orientações de mestrado e 11 orientações de iniciação científica. Orienta atualmente 3 alunos de doutorado e 4 alunos de mestrado. Exerceu o cargo de Diretor do curso de Engenharia Mecânica da PUCPR entre os anos de 2001 e 2006 e é atualmente o secretário da Regional Paraná da Associação Brasileira de Ciências Mecânicas. Pertence Conselho do Centro de Ciências e Tecnologia da PUCPR e Conselho Universitário da PUCPR.(CONSUN, CAMGRAD). Professor do Programa de Formação em Motores e Combustíveis desde a primeira turma. Curso de Termodinâmica Aplicada
2 Curso de Termodinâmica Aplicada
3 Bugatti - Veyron 16.4 Curso de Termodinâmica Aplicada
4 Histórico Termodinâmica THERME: Calor DYNAMIS: Potência, força
5 Curso de Termodinâmica Aplicada
6 Curso de Termodinâmica Aplicada
7 Curso de Termodinâmica Aplicada
8 Antoine-Laurent de Lavoisier (Paris, 26 de agosto de 1743 — Paris, 8 de maio de 1794) foi um químico francês, considerado o criador da Química moderna. Foi o primeiro cientista a enunciar o princípio da conservação da matéria. Além disso identificou e batizou o oxigênio. Os trabalhos de Lavoisier assinalam, no século XVIII, o início da Química moderna. Escreveu um grande Tratado Elementar de Química, assumindo a inspeção nacional das companhias de fabricação de pólvora e foi arrecadador de impostos, cargo pelo qual foi guilhotinado durante o período de Terror durante a Revolução Francesa. Além de químico, Lavoisier também foi um financista. Afirmava nesta teoria que o calor era uma substância elástica, indestrutível e imponderável que os materiais libertavam, aquecendo-os tendo origem no fogo. No entanto esta teoria nunca foi muito bem aceite, sendo contestada desde a sua apresentação. Curso de Termodinâmica Aplicada
9 Benjamin Thompson (Conde de Rumford), Massachusetts (1753 - 1814)
Foi aprendiz numa loja, professor a tempo parcial, ginasta e estudante de medicina, interessando em máquinas elétricas. Aos 18 anos casou-se com uma senhora viúva muito rica de 30 anos e decidiu tornar-se um cavalheiro militar e fazendeiro. Atuou como agente secreto a favor da Inglaterra e em 1776 prudente mudar-se para lá e retomando assim os seus interesses científicos. Em 1782, voltou para a América tendo cumprindo o seu papel como soldado na guerra que iria terminar no ano seguinte. Foi nomeado Sir por George III e indicado como Conselheiro do Governador da Bavária reformulando as condições do exército, estabelecendo serviços de assistência social para os pobres. Ganhou assim o título de "Conde de Rumford" e muito prestígio entre a sociedade. Permaneceu durante 14 anos, altura em que se mudou para Londres, em Mudou-se para Paris em 1805 e casou-se com Marie Lavoisier, viúva do seu famoso "rival" das suas teorias sobre o calor. No entanto, as freqüentes brigas e desentendimentos levam o casal ao divórcio. Morre a 1814 com 61 anos. "Quando dois corpos dotados de temperaturas diferentes são postos em contato, ambos tendem a alcançar uma temperatura de equilíbrio, situada entre os dois valores iniciais: o corpo mais quente se torna mais frio e, reciprocamente, o mais frio se aquece. Durante muito tempo, explicou-se esse fenômeno atribuindo aos corpos a posse de uma substância a que se chamava calórico. Um corpo a alta temperatura conteria muito calórico, ao passo que outro a baixa temperatura conteria pouco. Assim, quando dois objetos nessas condições eram colocados em contato, o mais rico em calórico transferiria uma parte dele para o outro. Tal teoria era capaz de explicar satisfatoriamente muitos fenômenos físicos, como por exemplo a condução do calor. A idéia de que o calor é uma substância não podia, contudo, resistir às evidências em contrário que começaram a surgir no fim do século XVIII; foi, assim, substituída pela concepção de que o calor é uma forma de energia; esse feito deveu-se principalmente a Benjamin Thompson, o conde Rumford. Thompson trabalhava para o governo da Baviera, como supervisão na fabricação de canhões para o Exército. Esse trabalho era executado cavando-se um orifício no interior de um cilindro maciço de ferro. Durante o processo, o ferro se aquecia, e o orifício era então mantido cheio de água. Mas a água fervia, precisando ser periodicamente substituída; ora, na época aceitava-se a hipótese de que, para fazer a água ferver, era necessário fornecer-lhe calórico. Portanto, segundo as concepções vigentes, havia uma transferência aparentemente ininterrupta de calórico do ferro para a água. Tentava-se explicar o fato pela hipótese de que, quanto mais finamente dividido um material, menor sua capacidade em reter calórico. Thompson, porém, observou que a água fervia mesmo depois que as ferramentas perdiam seu corte, e não mais eram capazes de subdividir o metal do canhão. Além disso, esse mecanismo não obedecia a um princípio que justifica a aceitação de muitas idéias abstratas em física: o princípio da conservação. De fato, neste caso havia duas quantidades que não se conservavam: a energia mecânica, que devia ser continuamente despendida, e o calórico, que era incessantemente criado. Após realizar uma série de experiências e tentar explicá-las a partir da teoria do calórico, Thompson resolveu tentar outro caminho. Em 1798, comunicou à Royal Society inglesa que " ... raciocinando sobre esse assunto, não devemos nos esquecer de considerar circunstância mais notável, ou seja, a de que a fonte de calor gerado por atrito, nessas experiências, era visivelmente inexaurível... parece ser extremamente difícil, se não realmente impossível, formar uma idéia definida de alguma coisa capaz de ser excitada e transmitida na maneira pela qual o calor era excitado e transmitido nessas experiências, a menos que essa coisa seja movimento"." Curso de Termodinâmica Aplicada
10 Um Experimento de Benjamin Thompson
11 Joule e seu experimento
"A quantidade de calor necessária para elevar de 1°F uma libra de água equivale ao trabalho mecânico capaz de erguer 772 libras à altura de 1 pé [1cal=4,8 J]" JOULE, James Prescott (1818 – 1889) Curso de Termodinâmica Aplicada
12 A primeira locomotiva a vapor foi construída por Richard Trevithick e fez o seu primeiro percurso em 21 de Fevereiro de 1804. Richard Trevithick (13 de Abril de de Abril de 1833) foi um inventor britânico nascido em Illogan, Cornwall. Trevithick foi um pioneiro cujas invenções eram avançadas demais para a sua época; além das locomotivas, construiu barcos a vapor, máquinas de debulhar e de dragar, no entanto nunca conseguiu investidores que o ajudassem a desenvolver as suas invenções. Em 1816, Trevithick mudou-se para o Peru para trabalhar como engenheiro nas minas e construir locomotivas que as servissem. Apesar do suceeso inicial, o começo da guerra civil em 1826 forçou-o a voltar a Inglaterra sem um tostão. Apesar do seu génio inventivo, Trevithick morreu na pobreza e na obscuridade e os seus inventos muito pouco reconhecidos. Curso de Termodinâmica Aplicada
13 Termodinâmica e suas aplicações
14 Refrigeração Curso de Termodinâmica Aplicada
15 Condicionador de Ar Automotivo
Condensador Evaporador "HVAC" Caixa de ar Compressor Tubos & Mangueiras Curso de Termodinâmica Aplicada
16 Bancada experimental Curso de Termodinâmica Aplicada
17 Geração de Energia Curso de Termodinâmica Aplicada
18 Sistemas de Vapor Curso de Termodinâmica Aplicada
19 Cap. 1 - Conceitos introdutórios e definições
Sistema, Meio, Fronteira; Sistema fechado e Volume de controle Sistema fechado com as válvulas fechadas Volume de controle ou sistema aberto Curso de Termodinâmica Aplicada
20 Conceitos introdutórios e definições
Propriedade, Estado, Processo; Propriedades intensivas e propriedades extensivas; Densidade, pressão, temperatura, energia específica. Massa, volume, energia. Ciclo termodinâmico; Regime permanente ou estado estacionário; Fase (comp. quím. e física hom.) e Substância pura (comp. Quím. hom.). Água e gelo é substância pura? Ar é substância pura? Curso de Termodinâmica Aplicada
21 Equilíbrio Equilíbrio Termodinâmico
Mecânico Térmico Químico de Fases Equilíbrio Termodinâmico Um estado de um sistema é um estado de equilíbrio se ele tende a permanecer depois que as interações entre o sistema e o meio são interrompidas (isolado). Curso de Termodinâmica Aplicada
22 Processo de não-equilíbrio e processo de quase-equilíbrio
23 Processo de não-equilíbrio
24 Densidade e volume específico: [kg/m3 - m3/kg]
Pressão: [Pa, bar, lbf/in2,...] Equilíbrio térmico e temperatura: [K, °C, R, °F] Lei Zero da Termodinâmica web.unido.it Curso de Termodinâmica Aplicada
25 Temperatura Absoluta curvas isobáricas de Charles (Jacques Charles, ) Joseph-Louis Gay-Lussac "um gás teria um volume nulo (zero) se a temperatura for de -273,15 °C. Como qualquer volume menor do que isso é impensável, então pode-se concluir que esta temperatura é a menor possível de ser atingida. Esta temperatura é chamada de zero absoluto. A escala absoluta da temperatura foi desenvolvida (mais tarde) por Lord Kelvin e é conhecida, hoje, como Escala Kelvin. Nesta escala, -273,15 °C corresponde a 0 K. A temperatura de fusão do gelo, então, é de +273,15 K, e a de ebulição da água é de +373,15 K. A conversão entre as escalas pode ser feita conforme a expressão abaixo: T(K) = T(°C) - 273,15 Curso de Termodinâmica Aplicada
26 Leis Principais da Termodinâmica
A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando dois corpos têm igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles têm igualdade de temperatura entre si. Esta lei é a base para a medição de temperatura. Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto quantitativo de processos de conversão de energia. É o princípio da conservação da energia e da conservação da massa, agora familiar, : "A energia do Universo é constante". A Segunda Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direção mas não podem ocorrer na direção oposta. Enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropia do Universo tende a um máximo". A Terceira Lei da Termodinâmica estabelece um ponto de referência absoluto para a determinação da entropia, representado pelo estado derradeiro de ordem molecular máxima e mínima energia. Enunciada como "A entropia de uma substância cristalina pura na temperatura zero absoluto é zero". É extremamente útil na análise termodinâmica das reações químicas, como a combustão, por exemplo. Curso de Termodinâmica Aplicada
27 Cap. 2 – Energia e a Primeira Lei
A etimologia da palavra tem origem no idioma grego, onde εργοs (ergos) significa "trabalho". A rigor é um conceito primordial, aceito pela Física sem definição, se refere "ao potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação" Formas de energia – pode ser armazenada, transferida ou convertida. A quantidade total é conservada (Princípio da Conservação da Energia). Unidade: joule [J]=[N.m]=[kg.m2/s2] - Energia cinética - Energia potencial (ou gravitacional) - Energia química, .... galileu.globo.com Curso de Termodinâmica Aplicada
28 Princípio da Conservação da Energia
Joule: "Não perderei tempo repetindo e estendendo essas experiências, pois estou seguro de que os grandes agentes da natureza são indestrutíveis, pelo fiat do Criador; e que quando se gasta poder mecânico, obtém-se sempre um calor exatamente equivalente." Curso de Termodinâmica Aplicada
29 Trabalho Q + W + Chutador de retaguarda www.humornaciencia.com.br
30 Trabalho Curso de Termodinâmica Aplicada
31 Trabalho Curso de Termodinâmica Aplicada
32 Trabalho Curso de Termodinâmica Aplicada
33 Curso de Termodinâmica Aplicada
34 Curso de Termodinâmica Aplicada
35 Curso de Termodinâmica Aplicada
36 Curso de Termodinâmica Aplicada
37 Calor Energia em transito devido unicamente à diferença de temperatura e que não está associado à transferência de massa Processo adiabático Taxa de transferência de calor Curso de Termodinâmica Aplicada
38 Primeira Lei Curso de Termodinâmica Aplicada
39 Cap. 3 Propriedades Termodinâmicas
Propriedades de substâncias puras Substância impura Curso de Termodinâmica Aplicada
40 A Superfície p-v-T Subst. que expande quando solidifica Subst. que contrai quando solidifica Curso de Termodinâmica Aplicada
41 Projeções da Superfície p-v-T
Subst. que expande quando solidifica Subst. que contrai quando solidifica Curso de Termodinâmica Aplicada
42 Projeções da Superfície p-v-T
43 Mudança de fase Curso de Termodinâmica Aplicada
44 P-v Curso de Termodinâmica Aplicada
45 A propriedade "título"
46 Gás ideal Lei de Boyle processo isotérmico (T=cte) Lei de Charles
processo isocórico (V=cte) 2° Lei de Charles processo isobárico (p=cte) Faixa de Validade Curso de Termodinâmica Aplicada