TMFA Termodinâmica e Mecânica dos Fluidos Aplicada Teoria

TA – Termodinâmica Aplicada
Prof. Damiani
TMFA
Termodinâmica e Mecânica
dos Fluidos Aplicada
Teoria
2S2010
Aula 2
1ª Lei da Termodinâmica e
Processos Cíclicos
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Ciclo Termodinâmico
 É uma série de
processos que
formam um caminho
fechado.
 Os estados inicial e
final são
coincidentes.
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a
1
Lei da Termodinâmica para
Ciclos
0
 dE   Q   W
ciclo
ciclo
ciclo
Eciclo  Qciclo  Wciclo  0
 A variação da energia é zero devido a natureza cíclica;
 Mas o Calor e o Trabalho NÃO. Calor e Trabalho
dependem do caminho percorrido pelo processo.
 A área dentro do ciclo representa o calor líquido ou o
trabalho líquido do ciclo
Eciclo  0
Qciclo  Wciclo
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Quais as Aplicações de um
Ciclo Termodinâmico?
 Máquinas Térmicas trabalham em
processos cíclicos.
 Elas recebem calor de uma “fonte
quente” e rejeitam calor a uma “fonte fria”
produzindo trabalho.
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Máquinas Térmicas
Ciclos de Potência
Hot body or source
Qin
System,
or heat
engine
Qout
Cold body or sink
Wcycle
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Máquinas Térmicas
Ciclos de Potência
Eficiência de uma máquina Térmica que gera trabalho
Hot body or source

QH
System,
or heat
engine
QL
Cold body or sink
Wcycle
WLIQ
QH

QH  QL

QH
QL
 1
QH
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Ciclo a Vapor
 Estamos falando especificamente do ciclo Rankine,
que é um ciclo a vapor.
 É o principal ciclo para produzir energia elétrica do
mundo;
 Pode ser usando com uma variedade de fluidos.
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Ciclo a Vapor
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Ciclo a Vapor
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Ciclo a Vapor
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Ciclo a Vapor
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Exemplo 1: Uma central de potência com turbina a gás
operando num ciclo fechado usa ar como fluido de
trabalho. (a) identifique as interações das transferências
de calr e trabalho considerando o ar como sistema; (b)
se 180kW são fornecidos ao aquecedor e 110kW são
rejeitados no condesador, determine a potência líquida e
a eficiência da central.
 Q  W
WLiq  180  110  70kW
T 
WLiq
QH

70
 0,39  39%
180
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Ciclo a Vapor Reverso
Refrigerador e Bomba de Calor
O objetivo de um refrigerador é remover (QL) a partir de
um meio frio e o objetivo de uma bomba de calor é suprir
QH.
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Ciclo a Vapor Reverso
Refrigerador e Bomba de Calor
Refrigerador e Bomba de Calor consomem trabalho
QL
 

W
QL

QH  QL
QH
 '

W
QH

QH  QL
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Ciclo a Vapor Reverso
Por dentro de um Refrigerador Doméstico
O objetivo de um refrigerador é remover (QL) a partir de
um meio frio e o objetivo de uma bomba de calor é suprir
QH.
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Ciclo a Vapor Reverso
Refrigerador
O objetivo de um refrigerador é remover (QL) a partir de
um meio frio e o objetivo de uma bomba de calor é suprir
QH.
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Ciclo a Vapor Reverso
Refrigerador
Ciclo de Refrigeração elementar
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Exemplo 2: A potência elétrica consumida no acionamento
de um refrigerador doméstico é 150W e o equipamento
transfere 400W para o ambiente. Determine a taxa de
transferência de calor no espaço refrigerado e o
coeficiente de desempenho do refrigerador.
 Q  W
WLiq  QLiq  WLiq  QH  QL
QL  QH  WLiq  QL  400  150
QL  250W
Coeficiciente de Desempenho
QL 250


   1,67
W 150
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Ciclo de Carnot a Vapor
 Ciclo de Carnot. Dois
processos adiabáticos e dois
processos isotérmicos.
 O ciclo de Carnot é
reversível por definição.
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Ciclo de Carnot
 Todos os processos são reversíveis. Assim, o ciclo é reversível;
 Se invertido, o motor térmico se transforma em um refrigerador;
 Esse ciclo é conhecido como ciclo de Carnot
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Ciclo de Carnot
Independentemente da substância de
trabalho, tem sempre os mesmos
quatro processos básicos:
1 – Um processo isotérmico reversível, no qual calor é transferido para
ou do reservatório a alta temperatura;
2 – Um processo adiabático reversível, no qual a temperatua do fluido de
trabalho diminui desde a do reservatório a alta temperatura até a do
outro reservatório
3 – Um processo isotérmico reversível, no qual calor é transferido para
ou do reservatório a baixa temperatura;
4 – Um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido
de trabalho aumenta desde a do reservatório de baixa temperatura até a
do outro reservatório.
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Ciclo de Carnot
Escala de Temperatura
QH TH

QL TL
Térmico
QL
TL
 1
 1
QH
TH
QL
TL


QH  QL TH  TL
QH
TH
 '

QH  QL TH  TL
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Exemplo 3: Determine a eficiência de Carnot para o
exempo 1.
Máximo Rendimento
 Q  W
WLiq  180  110  70kW
T 
WLiq
QH
70

 0,39  39%
180
TL
carnot  1 
TH
carnot  0,71  71%