Lista Fenômenos de Transporte

                     INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

                       CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ANDREY CASTRO

YNGRITH SOARES DA SILVA

TRABALHO FENOMÊNOS DE TRANSPRTES II

Termodinâmica

                Vitória

                 2017

1 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

1. INTRODUÇÃO

A primeira Lei da Termodinâmica tornou-se uma das leis básicas da Física e representa o princípio de conservação da energia.

Quando se analisa um sistema termodinamicamente, é necessário ter em mente quais são as variáveis de estado e como é a dependência da interação do sistema com o ambiente.

Geralmente, são observados dois processos em fenômenos termodinâmicos: realização de trabalho e transferência de calor, que levam a uma variação da energia interna do sistema.

1. SIGNIFICADO DA PRIMEIRA LEI  

A primeira Lei diz que, em um processo termodinâmico, a energia total de um sistema é conservada. Ou seja, ela trata do balanço energético entre as energias inicial, final e fornecida do sistema e o trabalho realizado pelo sistema.

Assim, quando um sistema recebe ou cede calor, a energia interna varia ou o sistema realiza trabalho. A variação da energia interna tem que ser igual a soma do calor e o trabalho realizado, pois a energia não pode ser criada ou destruída. A energia só é transformada.

Por exemplo, quando colocamos um recipiente com gás sobre uma chama, o gás se expande realizando trabalho e aumenta sua temperatura, ou seja, aumenta sua energia interna. REFERENCIAR!!!!

1.3 FORMULAÇÃO MATEMÁTICA

1. PARA SISTEMAS

Primeiro, precisamos definir um sistema. Na Termodinâmica, sistema é tudo que se torna objeto de estudo. A composição da matéria dentro de um sistema pode ser fixa ou variável. A forma e o volume podem ser variáveis. O sistema é separado de tudo o que é externo, denominado vizinhança do sistema, por uma fronteira fixa ou variável.

A primeira Lei da Termodinâmica pode ser expressa pela seguinte formulação matemática:

[pic 1]

Onde a energia total do sistema é dada por:

[pic 2]

Em que E representa a energia, e representa a energia específica, Q representa calor e W representa trabalho.

1. Energia

Energia está associada a capacidade de um corpo realizar trabalho, ação ou movimento. É uma grandeza escalar. As principais, nesse contexto, são as energias cinética, potencial e interna.

A energia cinética é a energia que um corpo possui quando se encontra em movimento.  A energia potencial é a energia que um corpo possui em relação a uma posição relativa dentro do sistema. Energia interna é a soma de todas as energias de um sistema.  

1.3.1.2 Calor

Calor é a transferência de energia térmica entre dois ou mais corpos com temperaturas diferentes. Quando Q>0, o corpo recebe calor do meio. Quando Q<0, o corpo perde calor para o meio.  

1. Trabalho

Trabalho mede a energia transferida na aplicação de uma força ao longo de um deslocamento.  Quando W>0, o sistema realiza trabalho sobre o meio.

1. PARA VOLUME DE CONTROLE

Um volume de controle pode ser entendido como uma região do espaço em que há fluxo de matéria.

Precisamos também classificar propriedade extensivas e propriedades intensivas para posterior abordagem da formulação matemática para volume de controle. Assim, propriedades extensivas são o tipo de propriedade em que o seu valor para o sistema é a soma dos valores para partes do sistema. Variam com o tempo. Como exemplo de propriedades extensivas, temos: massa, volume, energia. Propriedades intensivas são aquelas propriedades que não dependem do tamanho do sistema e podem variar de local para local no interior do sistema, então variam com a posição e o tempo. Exemplos: volume específico, energia específica.

Para converter uma equação de taxa de um sistema para uma equação para volume de controle, partimos de uma equação geral de propriedade extensiva (N) e intensiva (, mostrada abaixo:[pic 3]

[pic 4]

Após deduções matemáticas, obtém-se a relação entre qualquer propriedade extensiva N para um sistema e as variações da propriedade para um volume de controle.

[pic 5]

No caso da Primeira Lei da Termodinâmica, fazemos N= E e  = e, assim obtemos:[pic 6]

[pic 7]

Como no instante de tempo t0, sistema e volume de controle são os mesmos, substituímos (1) em (5):

 [pic 8][pic 9]

Então, (5) é a formulação da primeira lei da termodinâmica para volume de controle, onde:

[pic 10]

Pela equação (6), vê-se que:

 representa a taxa líquida na qual a energia está sendo transferida da fronteira do volume de controle por calor no instante t, [pic 11]

representa a taxa líquida na qual a energia está sendo transferida da fronteira do volume de controle pelo trabalho no instante t,  [pic 12]

 representa a taxa de variação da energia dentro do volume de controle, ou seja, calcula o valor instantâneo de energia dentro do volume de controle. [pic 13]

  representa a taxa na qual a energia está entrando/saindo através do elemento de área  da superfície do volume de controle. [pic 14][pic 15]

Temos que analisar mais detalhadamente o trabalho da equação (6). O trabalho realizado pelo volume de controle geralmente é dividido em: trabalho de eixo, trabalho realizado por tensões normais na superfície de controle, trabalho realizado por tensões de cisalhamento na superfície de controle e outros trabalhos.

O trabalho de eixo é aquele associado a eixos que giram e é produzido por uma turbina ou requerido por um compressor.  Trabalho realizado por tensões normais na superfície de controle são aqueles associados a pressão do fluido quando há massa entrando e saindo na superfície de controle. Já o trabalho realizado por tensões de cisalhamento na superfície de controle pode ser igual a zero com a escolha adequada do volume de controle. O trabalho de eixo pode ser incorporado aos outros trabalhos.