Fundamentos da TermodinâmicaAula 08
Professor: Dr. Everton Santos
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Sumário
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Introdução
Reservatórios de Energia Térmica
Preocupações
Máquinas Térmicas
Introdução
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Introdução
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Sabemos que uma xícara com café quente
deixada em uma sala mais fria irá se esfriar.
Este processo satisfaz à primeira lei da termodinâmica,
uma vez que a quantidade de energia perdida pelo café
é igual à quantidade ganha pelo ar vizinho
E o processo inverso?
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Consideremos agora o processo inverso – o
café quente ficando mais quente ainda em
uma sala fria, como resultado da
transferência de calor do ar da sala.
Todos sabemos que esse processo jamais ocorre. Mesmo
assim, ele não violaria a primeira lei.
Direcionamento do processo
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Esse argumento deixa claro que processos ocorrem em
uma determinada direção, e não na direção oposta.
A primeira lei não faz restrições à direção de um
processo, mas o cumprimento da primeira lei não
garante que o processo possa realmente ocorrer.
Direcionamento do processo
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Essa inadequação da primeira lei, que não identifica se
um processo pode ou não ocorrer, é remediada pela
introdução de outro princípio geral, a segunda lei da
termodinâmica.
Acontecimento do processo
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Um processo não pode ocorrer a menos que atenda a
primeira e a segunda leis da termodinâmica.
Reservatórios de Enegria Térmica
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Grandes corpos
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Ao desenvolver a segunda lei da Termodinâmica, é
conveniente conceber um corpo hipotético com uma
capacidade de energia térmica (massa x calor
específico) relativamente grande, que possa fornecer
ou remover quantidades finitas de calor sem sofrer
qualquer variação de temperatura
Reservatórios de Energia Térmica
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Reservatórios de Energia Térmica
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Um reservatório que foenece energia naforma de calor é chamado de fonte
Um reservatório que recebe energia naforma de calor é chamado de sumidouro
Os reservatórios de energia térmica sãochamados de reservatórios térmicos
Ilustração
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Precupações
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Vale a pena refletir
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Transferência de calor para o meio ambiente a partir
de fontes industriais é uma das grandes preocupações
de ambientalistas e engenheiros. O gerenciamento
irresponsável da energia dissipada por essas instalações
pode aumentar significativamente a temperatura de
partes do ambiente, causando a chamada poluição
térmica.
Challenge
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Pesquisa sobre poluição Térmica – Construção de um
Resumo.
Máquinas Térmicas
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Para fixar
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Trabalho pode ser convertido em calor de forma direta e
completa
Mas a conversão de calor em trabalho exige a utilização
de dispositivos especiais. Esses dispositivos são
chamados de máquinas térmicas.
Características das máquinas térmicas
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Recebem calor de uma fonte à alta temperatura (energia solar, fornalha, reator nuclear, etc.).
Convertem parte desse calor em trabalho (em geral, na forma de um eixo rotativo).
Rejeitam o restante do calor para um sumidouro à baixa temperatura (a atmosfera, os rios, etc.).
Operam em um ciclo.
Visualização
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Parte do calor
recebido por
uma máquina térmica
é convertida em
trabalho, enquanto o
restante é rejeitado
para um sumidouro.
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Fluido de trabalho
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Normalmente, máquinas térmicas e outros dispositivos
cíclicos utilizam um fluido a partir de e para o qual
calor é transferido enquanto realizam um ciclo. Esse
fluido é chamado de fluido de trabalho.
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Usina de Potência a Vapor
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É o dispositivo que melhor se ajusta à definição de
máquinas térmicas.
É uma máquina de combustão externa. Ou seja, a
combustão ocorre fora da máquina e a energia liberada
durante esse processo é transferida para o vapor sob a
forma de calor.
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Usina de Potência a Vapor
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Grandezas
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Trabalho Líquido
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O trabalho líquido dessa usina de potência é
simplesmente a diferença entre a saída total de trabalho
e a entrada total de trabalho.
Trabalho Líquido – Através do Calor
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Nenhuma massa entra ou sai desse sistema, o qual é
indicado pela área sombreada da Figura; assim, ele pode
ser analisado como um sistema fechado.
Trabalho Líquido – Através do Calor
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Lembre-se de que em um sistema fechado realizando
um ciclo a variação da energia interna U é zero,
portanto o trabalho líquido do sistema é igual à
transferência líquida de calor para o sistema:
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Informações – Professor – Everton Santos
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