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TERMODINÂMICA TERMODINÂMICA TERMO  relativo ao calor DINÂMICA que tem movimento Movimento, provocado pelo calor, para realização de trabalho útil.
Qualquertrabalhoimplica  em transformação  de  energia ! Qualquer agente capaz de realizar trabalho,  convertendo energia de uma forma em outra, é considerado uma máquina.  Ex.  Máquina elétrica – transforma a energia elétrica  em energia mecânica, como máquina de lavar roupas,  liquidificador,  furadeira. Ex.  Máquina térmica - transforma a energia térmica em energia mecânica, como usina termelétrica (mov. turbinas), trem a vapor (mov. rodas), motor a combustão interna (mov. rodas)
	Pensando bem... O corpo humano também é  uma máquina ?! Transformaaenergiaquímica dos alimentos em energia térmica (mantém nossa temperatura),  energia mecânica (caminhar, circulação do sangue),  energia sonora (falar, cantar),  energia elétrica (transmissão dos sentidos)...
Máquinas Térmicas ,[object Object],a  Vapor
Usina Termelétrica de Porto Alegre-RS
Usina Termelétrica Porto Alegre, do tipo térmica a vapor, está localizada na margem esquerda do rio Gravataí, junto à BR 290, na área metropolitana de Porto Alegre, no estado do RS. A Usina entrou em operação em 1968 com três unidades de 8 MW cada, totalizando 24 MW. Seus equipamentos utilizam óleo combustível, tipo A1, como fonte primária para a geração de energia elétrica.  Três caldeiras abrigadas do tipo circulação natural, utilizando fornalha de radiação, com dois balões, produzem 40 ton/h de vapor a 450ºC e a 42 Kg/cm² para alimentar as três turbinas, com 10 estágios que compõem o ciclo produtivo da Usina.  Características da Usina:             Capacidade instalada: 24 MW 03 Turbinas: fabricante - Skoda (Theco-Slovaquia) 03 Alternadores (3 x 8 MW): fabricante - Skoda03 Caldeiras: fabricante - Z.SM.Kirova – Skoda
Numa Usina Termelétrica, a queima de um combustível*  dentro da caldeira aquece a água, para transformá-la em vapor. O vapor exerce força suficiente para movimentar as turbinas a vapor, que estão ligadas aos geradores de eletricidade. Nesse caso, ocorrem sucessivamente as transformações: de energia química em térmica, em mecânica, em elétrica. * Os combustíveis mais utilizados são: carvão mineral, óleo diesel, bagaço de cana e casca de arroz.
Nesse momento podemos lembrar da lei maior da natureza: a Lei de Conservação da Energia “A energia não pode ser criada nem destruída, somente transformada de uma forma em outra.” Em acordo com essa, expressamos a Primeira Lei da Termodinâmica: “Quando uma quantidade de calor Q é absorvida ou cedida por um sistema, e um trabalho  é realizado por esse sistema ou sobre ele, a variação da energia interna do sistema U édada por: U = Q - ”
Por exemplo: Um sistema recebe certa quantidade de calor, Q=100J.  Suponhamos que, desse calor recebido, 70J sejam cedidos ao meio ambiente sob a forma de trabalho. Para onde foram os 30J restantes? Esses 30J ficaram  armazenados pelo sistema, aumentando sua energia interna. Q=100J       = 70J        U=30J  Q=  +U
Máquinas Térmicas ,[object Object],a  Vapor  [combustão é externa] O primeiro carro era movido a vapor, fabricado em 1721
As máquinas térmicas operam com um fluido – líquido ou gás – para o seu funcionamento. Quando um gás se expande,  empurrando um pistão, rea- liza um trabalho positivo. Quando um gás sofre compressão, realiza um trabalho negativo. Isto é, foi realizado trabalho sobre o sistema.
O primeiro trem era movido pela força do vapor (maria-fumaça) O vapor empurra o pistão, ligado a alavancas que movem as rodas para frente.
Barco a vapor,  idealizado por James Watt
... Mais tarde foi aperfeiçoado.
O motor a vapor não revolucionou apenas o transporte, mas deu início a Revolução Industrial ocorrida na Europa. A força manual seria substituída pela força do vapor – que movia pistões ligados a alavancas, e, com isso, movia os teares das indústrias. Tear movido a mão
Os teares passaram a ser movidos  pela força do vapor
Máquinas Térmicas ,[object Object],   de  Combustão  Interna
Em cada um dos cilindros, duas válvulas (1 e 2) e um pistão (3)          1                    2         3
Esse motor também é chamado de                     motor quatro tempos: Veja os quatro tempos que compõem seu ciclo de funcionamento    ADMISSÃO 					COMPRESSÃO  EXPLOSÃO e EXPANSÃO 					ESCAPAMENTO ou EXAUSTÃO
Analisemos a Segunda Lei da Termodinâmica:  “É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, transforme em trabalho todo o calor fornecido a ela.”    De fato, nenhuma máquina térmica consegue completar o ciclo sem ceder uma parte do calor para a fonte fria (normalmente o ambiente onde se encontra), não conseguindo, portanto, ter um rendimento de 100% na transformação do calor em trabalho.  Se uma máquina térmica conseguisse transformar em trabalho todo calor fornecido a ela, teria rendimento de 100%, seria então chamada de máquina térmica ideal.
O rendimento R de uma máquina térmica é obtido da relação entre o trabalho  que ela realiza em cada ciclo e a quantidade de calor Q absorvido da fonte quente, ou seja,  R =   / Q.  Exemplo:  Um motor efetua 8 ciclos por segundo. Em cada ciclo, retira 600J da fonte quente e cede 300J à fonte fria. Qual é o rendimento desse motor?         R = 300J / 600J      R = 0,5 x100%     R = 50%
Sadi Carnot expressou o rendimento máximo de uma máquina térmica: Rmáx = (T1 – T2) / T1, onde a temperatura da fonte fria T2e a temperatura da fonte quente T1 são dadas em Kelvin. Devemos lembrar que: “Só é possível transformar calor em trabalho útil utilizando-se duas fontes de calor em temperaturas diferentes.”  Exemplo:  Num certo vôo, a turbina de um avião retira calor da fonte quente a 1270C e ejeta gases p/ a atmosfera a -330C.  Veremos então que o rendimento dessa turbina é de 40% .
OBSERVAÇÃO:     Motor  a  Jato  usado em aviões É formado por 3 partes principais:   COMPRESSOR – ele aspira o ar pela parte dianteira e o comprime, através de hélices diferenciadas. CÂMARA DE COMBUSTÃO ou  COMBUSTOR– o ar comprimido entra e se mistura com o combustível (querosene) e se inflama, produzindo um gás de alta temperatura e alta pressão. TURBINA – é levada a girar em alta velocidade pelo gás quente que sai do combustor.
                     Compressor     Combustor   Turbina Após passar pela turbina, o gás escapa num jato quente para trás, causando o impulso que o avião precisa para frente  ->  Princípio da Ação e Reação.
Máquinas Térmicas ,[object Object],Refrigeradoras: Geladeiras Freezers Balcões frigoríficos
Como essas máquinas esfriam? Um sistema de refrigeração necessita basicamente de 3 peças: Motor compressor (1), condensador (2)e evaporador (3) O trabalho do gás (freon) é transportar o calor do interior para o exterior da geladeira.  O compressor comprime o gás, deixando-o na forma líquida, e empurra o mesmo pela tubulação do condensador. O gás entra no congelador, na parte chamada evaporador, onde retira calor do interior da geladeira. Transforma-se em vapor, ao retirar calor, e volta novamente para o compressor.  
Observação: Como o calor passa da fonte fria (interna) para a fonte quente (externa), ao contrário das outras máquinas térmicas, dizemos que a geladeira é uma máquina térmica operando em sentido contrário. A situação normal é o calor passar da fonte quente para a fria; assim, ele quer “entrar na geladeira” uma vez que o ambiente está mais quente. Por esse motivo, o motor precisa empurrar o calor para fora – causando um movimento da fonte fria para a quente. É um mov. forçado a acontecer, necessitando uso da energia elétrica!

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Termodinamica

  • 1. TERMODINÂMICA TERMODINÂMICA TERMO  relativo ao calor DINÂMICA que tem movimento Movimento, provocado pelo calor, para realização de trabalho útil.
  • 2. Qualquertrabalhoimplica em transformação de energia ! Qualquer agente capaz de realizar trabalho, convertendo energia de uma forma em outra, é considerado uma máquina. Ex. Máquina elétrica – transforma a energia elétrica em energia mecânica, como máquina de lavar roupas, liquidificador, furadeira. Ex. Máquina térmica - transforma a energia térmica em energia mecânica, como usina termelétrica (mov. turbinas), trem a vapor (mov. rodas), motor a combustão interna (mov. rodas)
  • 3. Pensando bem... O corpo humano também é uma máquina ?! Transformaaenergiaquímica dos alimentos em energia térmica (mantém nossa temperatura), energia mecânica (caminhar, circulação do sangue), energia sonora (falar, cantar), energia elétrica (transmissão dos sentidos)...
  • 4.
  • 5. Usina Termelétrica de Porto Alegre-RS
  • 6. Usina Termelétrica Porto Alegre, do tipo térmica a vapor, está localizada na margem esquerda do rio Gravataí, junto à BR 290, na área metropolitana de Porto Alegre, no estado do RS. A Usina entrou em operação em 1968 com três unidades de 8 MW cada, totalizando 24 MW. Seus equipamentos utilizam óleo combustível, tipo A1, como fonte primária para a geração de energia elétrica. Três caldeiras abrigadas do tipo circulação natural, utilizando fornalha de radiação, com dois balões, produzem 40 ton/h de vapor a 450ºC e a 42 Kg/cm² para alimentar as três turbinas, com 10 estágios que compõem o ciclo produtivo da Usina. Características da Usina: Capacidade instalada: 24 MW 03 Turbinas: fabricante - Skoda (Theco-Slovaquia) 03 Alternadores (3 x 8 MW): fabricante - Skoda03 Caldeiras: fabricante - Z.SM.Kirova – Skoda
  • 7. Numa Usina Termelétrica, a queima de um combustível* dentro da caldeira aquece a água, para transformá-la em vapor. O vapor exerce força suficiente para movimentar as turbinas a vapor, que estão ligadas aos geradores de eletricidade. Nesse caso, ocorrem sucessivamente as transformações: de energia química em térmica, em mecânica, em elétrica. * Os combustíveis mais utilizados são: carvão mineral, óleo diesel, bagaço de cana e casca de arroz.
  • 8. Nesse momento podemos lembrar da lei maior da natureza: a Lei de Conservação da Energia “A energia não pode ser criada nem destruída, somente transformada de uma forma em outra.” Em acordo com essa, expressamos a Primeira Lei da Termodinâmica: “Quando uma quantidade de calor Q é absorvida ou cedida por um sistema, e um trabalho  é realizado por esse sistema ou sobre ele, a variação da energia interna do sistema U édada por: U = Q - ”
  • 9. Por exemplo: Um sistema recebe certa quantidade de calor, Q=100J. Suponhamos que, desse calor recebido, 70J sejam cedidos ao meio ambiente sob a forma de trabalho. Para onde foram os 30J restantes? Esses 30J ficaram armazenados pelo sistema, aumentando sua energia interna. Q=100J  = 70J  U=30J Q=  +U
  • 10.
  • 11. As máquinas térmicas operam com um fluido – líquido ou gás – para o seu funcionamento. Quando um gás se expande, empurrando um pistão, rea- liza um trabalho positivo. Quando um gás sofre compressão, realiza um trabalho negativo. Isto é, foi realizado trabalho sobre o sistema.
  • 12. O primeiro trem era movido pela força do vapor (maria-fumaça) O vapor empurra o pistão, ligado a alavancas que movem as rodas para frente.
  • 13. Barco a vapor, idealizado por James Watt
  • 14. ... Mais tarde foi aperfeiçoado.
  • 15. O motor a vapor não revolucionou apenas o transporte, mas deu início a Revolução Industrial ocorrida na Europa. A força manual seria substituída pela força do vapor – que movia pistões ligados a alavancas, e, com isso, movia os teares das indústrias. Tear movido a mão
  • 16. Os teares passaram a ser movidos pela força do vapor
  • 17.
  • 18. Em cada um dos cilindros, duas válvulas (1 e 2) e um pistão (3) 1 2 3
  • 19. Esse motor também é chamado de motor quatro tempos: Veja os quatro tempos que compõem seu ciclo de funcionamento  ADMISSÃO COMPRESSÃO EXPLOSÃO e EXPANSÃO ESCAPAMENTO ou EXAUSTÃO
  • 20. Analisemos a Segunda Lei da Termodinâmica: “É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, transforme em trabalho todo o calor fornecido a ela.” De fato, nenhuma máquina térmica consegue completar o ciclo sem ceder uma parte do calor para a fonte fria (normalmente o ambiente onde se encontra), não conseguindo, portanto, ter um rendimento de 100% na transformação do calor em trabalho. Se uma máquina térmica conseguisse transformar em trabalho todo calor fornecido a ela, teria rendimento de 100%, seria então chamada de máquina térmica ideal.
  • 21. O rendimento R de uma máquina térmica é obtido da relação entre o trabalho  que ela realiza em cada ciclo e a quantidade de calor Q absorvido da fonte quente, ou seja, R =  / Q. Exemplo: Um motor efetua 8 ciclos por segundo. Em cada ciclo, retira 600J da fonte quente e cede 300J à fonte fria. Qual é o rendimento desse motor? R = 300J / 600J  R = 0,5 x100%  R = 50%
  • 22. Sadi Carnot expressou o rendimento máximo de uma máquina térmica: Rmáx = (T1 – T2) / T1, onde a temperatura da fonte fria T2e a temperatura da fonte quente T1 são dadas em Kelvin. Devemos lembrar que: “Só é possível transformar calor em trabalho útil utilizando-se duas fontes de calor em temperaturas diferentes.” Exemplo: Num certo vôo, a turbina de um avião retira calor da fonte quente a 1270C e ejeta gases p/ a atmosfera a -330C. Veremos então que o rendimento dessa turbina é de 40% .
  • 23. OBSERVAÇÃO: Motor a Jato usado em aviões É formado por 3 partes principais: COMPRESSOR – ele aspira o ar pela parte dianteira e o comprime, através de hélices diferenciadas. CÂMARA DE COMBUSTÃO ou COMBUSTOR– o ar comprimido entra e se mistura com o combustível (querosene) e se inflama, produzindo um gás de alta temperatura e alta pressão. TURBINA – é levada a girar em alta velocidade pelo gás quente que sai do combustor.
  • 24. Compressor Combustor Turbina Após passar pela turbina, o gás escapa num jato quente para trás, causando o impulso que o avião precisa para frente -> Princípio da Ação e Reação.
  • 25.
  • 26. Como essas máquinas esfriam? Um sistema de refrigeração necessita basicamente de 3 peças: Motor compressor (1), condensador (2)e evaporador (3) O trabalho do gás (freon) é transportar o calor do interior para o exterior da geladeira. O compressor comprime o gás, deixando-o na forma líquida, e empurra o mesmo pela tubulação do condensador. O gás entra no congelador, na parte chamada evaporador, onde retira calor do interior da geladeira. Transforma-se em vapor, ao retirar calor, e volta novamente para o compressor.  
  • 27. Observação: Como o calor passa da fonte fria (interna) para a fonte quente (externa), ao contrário das outras máquinas térmicas, dizemos que a geladeira é uma máquina térmica operando em sentido contrário. A situação normal é o calor passar da fonte quente para a fria; assim, ele quer “entrar na geladeira” uma vez que o ambiente está mais quente. Por esse motivo, o motor precisa empurrar o calor para fora – causando um movimento da fonte fria para a quente. É um mov. forçado a acontecer, necessitando uso da energia elétrica!