ATPS Termodinâmica - Etapa 2

Etapa 2

Passo 1

De acordo com a 1ª lei de Termodinâmica, o trabalho que uma máquina realiza sobre o exterior (onde o sinal negativo significa que a máquina trabalha sobre os arredores), como se fosse à energia recebida sob a forma de calor absorvida por ela.

O exemplo mais prático e conhecido seria o motor de um carro, onde ocorre explosão, devido a energia obtida sob a forma de calos na câmara de combustão devido às respectivas explosões com a mistura de ar e gasolina, causando a expansão dessa mistura gasosa. Esta expansão empurra um pistão ou êmbolo, realizando trabalho sobre o exterior. Logo em seguida os gases resultantes das explosões ou combustão são expelidos para o exterior do carro, mas novamente a câmara mistura ar e gasolina e todo processo volta a se repetir, ou seja, um processo cíclico.

Segundo a 1ª lei da Termodinâmica, o trabalho efetivo realizado por uma máquina térmica não pode ser superior à energia sob a forma de calor.

Na realidade, a realização do trabalho é sempre inferior à energia recebida sob a forma de calor, isto é, nem toda essa energia recebida é usada para realizar trabalho. Por exemplo, parte da energia recebida pela máquina sob a forma de calos provoca o aumento da temperatura da máquina.

A 1ª lei da Termodinâmica não permite que tal máquina exista. Qualquer máquina só pode transformar energia, recebida sob a forma de calor em energia cedida sob a forma de trabalho, e nunca pode criar energia a partir do nada.

∆U = 0

↔ ∆U = W + Q = 0

↔ Q = -W

Passo 2

Trocadores de Calor Compactos

• Coeficiente global de troca de calor U [W/(m²K)]

Q = U A ∆ Tmédia

U A = ___ 1____

∑R térmicas

_1_ = __1__+__1__+Rw + __1__+__1__

UA (hA)h (hsA)h (hsA)c (hA)c

• Diferença de temperatura média logarítmica (DTML ou LMTD)

LMTD = ∆Tlm = ∆TI - ∆TII_

ln(∆TI/∆TII)

∆TI = Th,i – Tc,0 ∆TII = Th,0 – Tc,i

• Fator de correção para a DTML em função do arranjo de fluxos do trocador de calor (F)

q = UAF∆Tlm

F = ɸ3 (P,R, flow arrangement)

- Razão adimensional de diferenças de temperaturas (P1)

- Razão de capacidades térmicas (R1)

R1 = _C1_ = _T2,i – T2,0_

C2 T1,0 – T1,i

P1 = _T1,0 – T1,i_

T2,i – T1,i

• Fator de correção para a DTML em função do arranjo de fluxos de trocador de calor (F) para trocador de correntes cruzadas de fluidos não misturados e um único passe.

• Capacidade térmica [W/K] do fluido mais quente

Ch = mhcph

• Capacidade térmica do fluido mais frio

Cc = mhcpc

• Número de unidades de transmissão de calor (NUT ou NTU) = medida da eficiência termodinâmica do trocador

• Efetividade