Fundamentos de Refrigeração Industrial Aula 1 Introdução à
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Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Fundamentos de Refrigeração Industrial Aula 1 Introdução à Refrigeração Industrial Profa. Karla [email protected] http://paginapessoal.utfpr.edu.br/karla Semestre 2-2015 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Hoje Aula 1A: Introdução à Refrigeração Industrial Aula 1B: Revisão • Refrigeração e cadeia do frio • Sistemas e Ciclos de Refrigeração • Por que aprender refrigeração • Equipamentos UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Aula 1A 1° Compreender Refrigeração e Cadeia do Frio UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Resfriar x Congelar (Temperaturas inferiores ao Ponto de Congelamento) • T < 15°C • Resfriados: ~0°C < T < 15°C (Temperaturas menores são para Criogenia) • Congelados : ~-18°C > T > ~-70 °C Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Cadeia do Frio: Resfriar o produto desde a colheita e mantê-lo frio ao longo de toda a sequência até o consumo final. Planta de Processamento Transporte para o Centro de Distribuição Estocagem/ Distribuição/ Carregamento Entrega para Mercados Vendas no Mercado Temperratura (ºC) 25 20 15 10 05 Tempo (Pacitti, N. ,Sterling Solutions LLC para SQF Institute, 2006.) “It is the ability to deliver on the quality promise” Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 2° Convencendo Por que aprender (e bem!) isso? UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão OPORTUNIDADE!!! “De fato, a única coisa que atrasa o crescimento da indústria de refrigeração atualmente é a falta de um fornecimento adequado de mão de obra especializada.” (Dossat, R. J., 2004) Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Cenário Ideal Mundial Nacional ‘Crise dos Alimentos’ "A palavra de ordem deste governo para combater a inflação e a crise americana é aumentar os investimentos em produção.“(Presidente Lula - Folha Online em 02/08/2008 16:23h) A meta, segundo ele, é dobrar a produção da agricultura familiar até 2010. CRISE CRIES Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Produtos de Madeira 7,0% Café 6,6% Tabaco 3,9% Celulose/Papel 7,8% Produtos de Couro 3,8% Couro 3,2% Açúcar 9,0% “Existem produtos em que as perdas chegam a mais de 40% do total produzido.“ Laudizio Marquesi Consultor logístico da Consulog Consultoria Suco de Laranja 2,5% Outros 16,1% Carnes 18,3% Complexo Soja 21,7% Principais Produtos - 2005 Realidade Brasileira Produto Abacate Abacaxi Banana Caju Laranja Uva Maçã Papaia Manga % Produção 30 24 40 40 22 25 10 a 15 30 a 40 30 a 40 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ O Brasil no mundo Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Você usará Refrigeração! Aplicações da Engenharia: Dimensionamento/ Projeto de Instalações Instrumentação/ Automação/ Controle Consultoria/ Assessoria Eficiência Energética Logística Científico: Pesquisa (Pura ou Aplicada) Desenvolvimento Tecnológico Comercial Nutricional Educacional UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Compromisso da Engenharia de Alimentos Desenvolver processos de conservação; Disponibilização de alimentos : Entre-safras; Evitar especulação; Ampliação do Shelf-Life; Redução de perdas; Manutenção da qualidade do produto e do processo; Respeito a Legislação e Higiene; Desenvolvimento e aplicação de técnicas : Conservação; Estocagem / acondicionamento ; Distribuição UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão RefrigerAÇÃO Processo de conservação que mais se aproxima do produto fresco. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Classificando as Aplicações: Refrigeração Doméstica; Refrigeração Comercial; Refrigeração Industrial: Conservação; Processamento; Tratamento. Refrigeração de Transporte: Terrestre: o Rodoviário; o Ferroviário. Marítimo; Aéreo. Condicionamento de Ar Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão APS (5% da nota final!) • Carga Térmica de um ciclo frigorífico • Sistema frigorífico real • Parâmetros reais UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Reviram??? Fizeram a 1ª Lista de Exercícios Lembrando que: 10% “Trabalho” será composto por Listas de Exercícios 2,5 % Relatórios 2,5 % Seminários 5,0 % UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Introdução aos Conceitos Básicos Cap. 1 “Çengel” Termodinâmica e Energia Dimensões e Unidades Sistemas e Volumes de Controle Propriedades de um Sistema Densidade e Densidade Relativa Estado e Equilíbrio Processos e Ciclos Temperatura e Lei Zero da Termodinâmica Pressão Técnicas de Solução de Problemas UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Energia, Transferência de Energia e Análise Geral da Energia Cap. 2 “Çengel” Formas de Energia Transferências de Energia: Calor e Trabalho Formas Mecânicas de Trabalho Primeira Lei da Termodinâmica Eficiência de Conversão de Energia UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Propriedades das Substâncias Puras Cap. 3 “Çengel” Substância Pura Fases de uma Substância Pura Processos de Mudança de Fase de Substância Pura Diagramas de Propriedades para Processos de Mudanças de Fase Tabelas de Propriedades Equações de Estado do Gás Ideal UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Análise da Energia dos Sistemas Fechados Cap. 4 “Çengel” Trabalho de Fronteira Móvel Balanço de Energia em Sistemas Fechados Energia Interna Entalpia Calores Específicos Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Termodinâmica: Ciência da energia. Therme = Calor Dynamis = Potência Inicialmente converter calor em potência. Hoje aspectos da energia e suas transformações. Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ As Leis da Termodinâmica Lei Zero da Termodinâmica : “Dois corpos a diferentes temperaturas, quando em contato entram em equilíbrio térmico.” Transferência de Calor Natural LadoQuente Lado Frio CONDUÇÃO 1ªLei da Termodinâmica: Lei da Conservação de Energia “Num ciclo termodinâmico a variação da energia interna é dada pela diferença entre a quantidade de calor trocada com o meio e o trabalho realizado no processo.” 2ªLei da Termodinâmica: “A energia tem qualidade e quantidade, e os processos reais ocorrem na direção da qualidade decrescente da energia”. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Termodinâmica Campus Campo Mourão Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Conceitos Essenciais Sistema o Aberto (ou Volume de Controle) - o Calor entra Volume fixo Trabalho externo realizado Fechado (Massa de Controle) - Massa fixa Vizinhança Fronteira o Fixa o Móvel Fronteira do sistema (aberta) Sistema Isolado: nem energia atravessa fronteira! Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Conceitos Essenciais Propriedade = característica da matéria que pode ser medida ou calculada (massa, volume, energia, pressão, temperatura). Extensiva: dependem do tamanho ou da extensão de um sistema. Intensiva: função da posição e do tempo, mas mas independem do tamanho ou extensão do sistema. Volume específico Viscosidade Condutividade Térmica Módulo de elasticidade Coefic. Expansão térmica Reversibilidade Elétrica Velocidade Elevação m V T P Massa volumétrica () = m/V [kg/m3] V/m = = 1/ m ½m V ½V T T P P Densidade “relativa”(s) s = / água (sendo água = 1000 kg/m3) Regime Permanente = nenhuma propriedade varia num dado tempo. Estado = conjunto de propriedades da matéria num dado tempo. Processo = transformação de um estado para o outro. Estado 1 Estado 2 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Diagrama de Estado Sólido Líquido (sub-resfriado) Pressão Pto Triplo Vapor (superaquecido) Temperatura Temperatura Pressão Pressão Transformações Cíclicas = conjunto de transformações sofridas, ao fim das quais retorna ao estado inicial (T, P, , h, s). Pressão Temperatura Temperatura Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Diagramas para obtenção das propriedades Alguns diagramas que correlacionam as Propriedades termodinâmicas dos Refrigerantes: Pressão-Volume específico Entalpia-Entropia Temperatura-Entropia Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Diagrama Pressão-Entalpia Justificativa: - É o mais utilizado para ver as propriedades termodinâmicas (P, T, v, h, s) de refrigerantes. - Inclui as várias propriedades num mesmo diagrama. Relembrando: h = u + P*v Saturação: móleculas do líquido “escapam” para o gás até que o gás fique “cheio” (saturado) . Ponto Crítico: propriedades líquido-vapor são idênticas Diagrama de Pressão por Entalpia Só tem líquido! Só tem vapor! Mistura líquido-vapor Vapor Superaquecido Pressão Líquido Sub-resfriado (ou Comprimido) Entalpia (Btu/lb ou kJ/ kg) Base de massa UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Tabelas e Diagramas de Propriedades Termodinâmicas Informações Fornecidas: - Entalpias - Temperatura de saturação para uma dada pressão - Pressão de saturação para uma dada temperatura - Volume específico do vapor - Entropia do vapor - Inclui as várias propriedades num mesmo diagrama. Nos diagramas P-h as informações são mais detalhadas na região de vapor superaquecido. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Conceito “simplista” das formas de energia Calor (Q) =energia que flui pela fronteira devido T. Trabalho (W) =não pode ser armazenado, é função da trajetória. Entalpia (h) =combinação de variáveis (h=u+P*v) Entropia (s) = nível de “desordem” do sistema . UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão • http://www.refrigeracao.net/Topicos/ciclo_refri.htm • http://refrigere.no.comunidades.net/index.php?pagina=1682701894 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Termodinâmica e Transferência de Calor • Lei Zero da Termodinâmica : “Dois corpos a diferentes temperaturas, quando em contato entram em equilíbrio térmico.” Transferência de Calor Natural LadoQuente Lado Frio CONDUÇÃO • 1ªLei da Termodinâmica: = “Num ciclo termodinâmico a variação da energia interna (U) é dada pela diferença entre a quantidade de calor (Q) trocada com o meio e o trabalho realizado no processo.” Lei da Conservação de Energia U = Q - W Campus Campo Mourão Exemplo de processo no diagrama PH UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Pressão Constante: 1atm 1atm 1atm 1atm 1atm d e c a b Líquido Sub-resfriado Q Líquido Saturado Q Líquido-Vapor Q Vapor Saturado Q Vapor Superaquecido P a b c ha hb hc d hd e he h[kJ/kg] UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Introduzindo especificamente a Refrigeração Campus Campo Mourão Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Princípios da Refrigeração Mecânica Refrigerando com água a 0C: Equilíbrio: Tágua↑ Tcâmara↓ Equilíbrio: Tgelocte até derreter tudo Tcâmara↓ Isolante Isolante Gelo a 0C Ãgua a 0C Câmara a 30C Câmara a 30C dreno Refrigerante Mudança de fase: Vaporização (líquido-vapor) dreno Vantagens do uso de refrigerantes (líquidos em vaporização): - Processo de vaporização + fácil de controlar (começa e para à vontade); - Tvaporização determinada pelo controle da P a qual o líquido vaporiza; - Possível recolher o vapor e condensá-lo novamente fechando o ciclo. Escape do gás A utilização de uma válvula possibilitará o controle da pressão de vaporização do líquido refrigerante! Câmara a 4C Vapor na Patmosférica Líquido em Ebulição a -5.8C R-12 Evaporador Isolante Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Princípios da Refrigeração Mecânica 1) Pvaporrefrigerante + baixa que Patmosférica : 2)Repondo o líquido que evapora: Conjunto de válvula agulha Líquido refriger. (alta P) Câmara a -25C Vapor P=0.8atm Refrigerante-12 Líquido em Ebulição a -38C Líquido Refrigerrnte (baixa P) Isolante Vapor Vapor 3)Recuperando o vapor do refrigerante: Conjunto de válvula agulha Líquido refriger. (alta P) Líquido Ref. (baixa P) Condensador bomba UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Refrigeração Mecânica Recapitulando as partes do “circuito de refrigeração mecânica”: Compressor Eleva a T e P do fluido (vapor saturado) possibilitando a troca térmica com o meio (agente de condensação) Refrigeração Contínua: Obtida pelo Ciclo Termodinâmico onde se faz um fluido (Refrigerante), passar por uma série de processos, retornando ao estado inicial. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Refrigeração Mecânica Campus Campo Mourão Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Ciclo Frigorífico visto no Diagrama Pv b-c: Resfriamento Isobárico c-d: Condensação P e V -No Trocador de calor o fluido começa a perder calor -Como P é alta e constante, T e V diminuem - Alta P, perde mais calor - V e T fluido passa de gás para liq. - Fluido líquido. Isoentrópica c x d x b x d-e: Expansão Adiabática Reversível e v5 -P é baixa e constante no evaporador - “Roubo” do Calor do meio - Vapor a baixa pressão a-b: Compressão Adiabática Reversível -P e V -Rápida (perda desprezível de calor) Adiabático - Fluido Gasoso o processo todo - Líquido a Alta P expande (tubo capilar) - Rápida (perda desprezível calor) Adiabático - P e T parte do Líquido se vaporiza - gotas de líquido em vapor a baixa pressão. NOTA: a baixa pressão após o tubo capilar se deve a “pressão de sucção” do compressor e-a: Vaporização Isobárica Isoentrópica a x x v4 v3 v2 v1 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Ciclo Frigorífico - Refrigeração por Compressão Sub-resfriado Condensação +Q +Q Condensador Trocador de Calor Líquido Pressão Válvula de expansão -W Superaquecido Mistura Saturada Evaporador -Q Entalpia Teremos estados líquido e gasoso no ciclo: Compressão/Condensação Gás-Líquido Expansão / Evaporação Líquido para Gás. Compressor Gás +W UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Máquinas Térmicas x Máquinas Frigoríficas Espontâneas! (Locomotiva, vento) Precisam realizar trabalho! (Refrigeradores) Ciclos Termodinâmicos Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 1°Ciclo Ideal Entendê-lo é + fácil! Ciclo de Carnot: - Ideal; - Dois níveis de temperatura ( eficiência máxima) P A Qquente I IV Wmecânico D B II Tquente III Qfrio C Tfrio V UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Vamos rever de uma nova perspectiva? Processo = Mudança de Propriedades Projetar dispositivos depende de conhecer o comportamento das propriedades Físicas das substâncias. Fonte: Prof. Vicente Luiz Scalon – Termodinâmica Avançada - FEB 43 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Substância Pura • Definição: aquela que tem composição química invariável e homogênea pode haver presença de mais de uma fase Mistura de gases pode ser considerada uma substância pura em determinados casos Nesta etapa inicial, estudo se limitará ao efeito da compressibilidadade (variação de volume) mas outras propriedades têm comportamento similar 44 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Fases Sólida Líquida e Vapor Fase Sólida Exemplo: estrutura do gelo Fase Líquida Exemplo: estrutura da água Fase Vapor Exemplo: estrutura vapor d'água 45 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Mudança de Fase Água - Vapor 46 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Influência da Pressão no Processo de Mudança de Fase 47 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Curva de Evaporação • Cada pressão tem uma temperatura de evaporação • Para 1atm => 100°C • Para 31,2 kPa => 70°C • Para 198,5 kPa => 120°C • Curva de Evaporação • Regiões Líquida e Gasosa 48 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Processos Físicos • Processo à temperatura constante (A-B) • Processo à pressão constante (C-D) 49 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Diagrama Geral de Fases • Evaporação (parte do diagrama) • Diagrama completo • Curvas de Mudança de Fase • Pontos característicos 50 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Processos com Mudança de Fase G H • Sublimação (A-B) E F C A • Passagem pelo ponto triplo (C-D) D • Transformação sólido-líquidovapor (E-F) B • Transformação supercrítica (G-H) 51 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Diagramas de fases diferenciados • Diagrama para a água englobando as diversas fases do gelo sólido Líquido Vapor • Diagrama para dióxido de carbono (CO2) Gelo 52 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Propriedades Independentes de uma Substância Pura Pegunta: Quantas propriedades são necessárias para definir o estado de uma substância pura? Respostas: • fora das regiões de mudança de fase: duas (2) propriedades definem o estado termodinâmico. • na curva de mudança de fase: o conhecimento do fato e uma (1) propriedade define o estado. 53 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Gráficos associados ao estado termodinâmico • Pelo Apresentado uma propriedade termodinâmica é sempre função de duas outras propriedades. • Por exemplo: • Para representá-lo é necessário uma superfície tridimensional. 54 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ As diversas regiões da Superfície 3D P T V 55 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ As regiões de Mudança de Fase P T V 56 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Processos a temperatura constante e pressão constante Processo Processo aa Temperatura Pressão Constante Constante 57 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Projeção da Superfície em PT Transformação Sólido-Líquido (Fusão) Transformação Líquido Vapor (Evaporação) Transformação Sólido Vapor (Sublimação) 58 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Projeção em T-v Região de maior interesse neste curso Vapor ou Gás Sólido 59 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Projeção P-v Região de maior interesse neste curso Gás Sólido Vapor 60 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ A região de mudança de fase • Na região de mudança de fase P e T são propriedades dependentes • O processo de mudança de fase ocorre gradualmente. • É preciso uma propriedade indicando a parcela que já sofreu mudança de fase • Esta propriedade é denominada por TÍTULO e representada na forma: 61 Gráfico Real – T x v UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 400 Campus Campo Mourão Fusão Vaporização 350 300 T [ o C] 250 200 150 100 50 0 0 0.02 0.04 0.06 3 v [m /kg] 0.08 0.1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão O uso de Tabelas Termodinâmicas • Os gráficos para que possam ser utilizados na avaliação das propriedades precisam ser muito grandes para dar uma certa precisão. • O mais comum em engenharia é usar tabelas ou softwares capazes de avaliar as propriedades do fluido. • Assim é preciso desenvolver uma boa capacidade de trabalho com tabelas. Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Tabelas com propriedades Nos livros podem ser encontradas tabelas para diversos fluidos: • Água • Nitrogênio • Amônia • Metano • Freon 12 ou R12 • Freon 22 ou R22 • Refrigerante 134a ou R134a Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Interpolação de Propriedades • Quando não se encontra diretamente a propriedade para as condições desejadas é necessário realizar uma interpolação. v v2 vint v1 T1Tin t T2 T UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Outras propriedades físicas relevantes Existem, além do volume específico algumas outras importantes propriedades das substâncias: • Energia interna (U ou u) • Entalpia (H ou h) • Entropia (S ou s) • Função de Gibbs (G ou g), etc UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Avaliando as propriedades • As propriedades podes ser avaliadas através de Tabelas e Gráficos da mesma forma que o v. Inclusive o comportamento geral é muito parecido dos gráficos. • no processo de mudança de fase o cálculo do título segue as mesmas regras: UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Relações entre as propriedades • Uma relação de fundamental importância é a relação entre a entalpia h e a energia interna u • Esta relação é tão importante que algumas tabelas fornecem somente uma das duas propriedades, u ou h, sendo a outra obtida a partir da relação termodinâmica acima. UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Exercício 1) Para a sunstância água determine as propriedades termodinâmicas usando as opcões entre parênteses: v (tabelas, diagrama específico e generalizado) h e u (usando tabelas) x nas condições de: P=4,8 bar x=0,3 P=6 bar e T=200°C UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Dúvidas? Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Teste seu conhecimento • A lista de exercícios, vai auxiliar você na verificação dos conhecimentos necessários em refrigeração! UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Lista de Exercícios 2 1. 2. 3. 4. O gelo é uma substância pura? Por quê? Qual a diferença entre líquido saturado e líquido comprimido? Qual a diferença entre vapor saturado e vapor superaquecido? Existe alguma diferença entre as propriedades intensivas do vapor saturado a uma determinada temperatura e as do vapor em uma mistura saturada à mesma temperatura? 5. Existe alguma diferença entre as propriedades intensivas do líquido saturado a uma determinada temperatura e as do líquido em uma mistura saturada à mesma temperatura? 6. Se a pressão de uma substância aumenta durante um processo de ebulição, a temperatura também aumentará ou permanecerá constante? Por quê? 7. Por que a temperatura e a pressão são propriedades dependentes na região de mistura saturada? 8. Qual é a diferença entre o ponto crítico e o ponto triplo? 9. É possível ter vapor d’água a - 10°C? 10. Em que tipo de panela um determinado volume de água ferve a uma temperatura mais alta: em uma panela alta e estreita ou em uma panela baixa e larga? Explique. Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Continuação 1 da Lista de Exercícios 2 11. Em 1775, o Dr. William Cullen fez gelo na Escócia evacuando o ar de um tanque da água. Explique como funciona esse dispositivo e discuta como tornar o processo mais eficiente. 12. O ponto de referência arbitrado para as propriedades de uma substância tem algum efeito sobre a análise termodinâmica? Por quê? 13. O que é título? Ele possui algum significado nas regiões de vapor superaquecido? 14. Que processo exige mais energia: vaporizar completamente 1 kg de água líquida saturada à pressão de 1 atm ou vaporizar completamente 1 kg de água líquida saturada à pressão de 8 atm? 15. Na ausência de tabelas de líquido comprimido, como se determina o volume específico de um líquido comprimido a uma determinada P e T? 16. Complete esta tabela para H2O: T (°C) P (kPa) v Descrição da fase (m3/kg) 50 250 110 4,16 200 400 600 Vapor saturado Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Continuação 2 da Lista de Exercícios 2 17. Complete para a H2O T (°C) P (kPa) 200 h (kJ/kg) 140 80 x 0,7 Descrição da fase 1800 950 500 800 0,0 3162,2 18. Complete para a H2O T (°C) 220 190 P (kPa) 400 v (m3/kg) 1450 Descrição da fase Vapor saturado 2500 4000 3040 19. Um tanque rígido de 1,8 m3 contém vapor d’água a 220°C. Um terço do volume está na fase líquida e o restante sob a forma de vapor. Determine (a) a pressão do vapor d’água; (b) o título da mistura saturada e (c) a densidade da mistura. Vapor d’água Resposta: (a) 2320 kPa (b) 0,0269 (c) 287,8 kg/m3 Campus Campo Mourão UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Continuação 3 da Lista de Exercícios 2 20. Um arranjo pistão-cilindro contém 0,85 kg de refrigerante 134a a -10°C. O pistão, que está livre para se movimentar, possui uma massa de 12 kg e um diâmetro de 25 cm. A pressão atmosférica local é de 88 kPa. Calor é transferido para o refrigerante 134a até que a temperatura atinja 15°C Determine (a) a pressão final, (b) a variação do volume do cilindro e (c) a variação da entalpia do refrigerante 134a. Resposta: (a) 90,4 kPa (b) 0,0205 (c) 17,4 kJ/kg 21. O que é e como funciona uma Máquina Térmica? E uma Máquina Frigorífica? Qual a diferença termodinâmica fundamental entre elas do ponto de vista de espontaneidade do processo? Faça um esboço de ambas comparando seus funcionamentos. 22. Considerando uma mistura bifásica líquido-vapor, que se consiga medir a temperatura, quais seriam as propriedades passíveis de se encontrar (defina se dependeria de algo mais ou não)? Atenção: Especifique como encontrar as propriedades parciais (de cada fase) e as totais (da mistura). UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Continuação 4 da Lista de Exercícios 2 23. O que é um ciclo termodinâmico? Esboce num diagrama de pressão por volume específico o ciclo de Carnot especificando as entradas e saídas de energia. Como ficaria nesse diagrama um ciclo frigorífico? E o ciclo frigorífico num diagrama de pressão por entalpia? 24. Quais são as leis termodinâmicas fundamentais na refrigeração? (Cite a lei, explique a que se refere e correlacione com a refrigeração). 25. Um engenheiro alega que criou um ciclo de refrigeração utilizando água como fluido de trabalho. Avalie essa invenção. Utilize o diagrama impresso na próxima página para propor as operações necessárias neste ciclo, supondo valores para as diversas etapas desse ciclo de refrigeração proposto e discutindo a possibilidade dos supostos valores. 26. Explique e exemplifique os conceitos termodinâmicos de: a.Estado; b.Sistema aberto, fechado e isolado; c.Volume de controle; d.Diagrama de estado; e.Propriedades extensiva e intensiva.
