Termodinâmica

ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS

Engenharia de produção

7ª Série

Termodinâmica

A atividade prática supervisionada (ATPS) é um método de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de atividades programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

 Favorecer a aprendizagem.

 Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz.

 Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

 Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado.

 Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem.

 Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação.

 Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas relativos à profissão.

 Direcionar o estudante para a emancipação intelectual.

Para atingir estes objetivos, as atividades foram organizadas na forma de um desafio, que será solucionado por etapas ao longo do semestre letivo.

Participar ativamente deste desafio é essencial para o desenvolvimento das competências e habilidades requeridas na sua atuação no mercado de trabalho.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional.

AUTOR:

Mauro Rodrigues Alves Nogueira – Faculdade Cumunitária de Campinas- Unidade 3

COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades descritas a seguir.

 Elaborar cálculos técnicos de termodinâmica tanto na parte de máquinas térmicas quanto na parte referente a processos termodinâmicos.

 Identificar máquinas térmicas e suas aplicações.

 Avaliar as condições onde podemos aplicar a primeira e a segunda leis da termodinâmica.

DESAFIO

Os alunos serão divididos em grupos, com cinco componentes, sendo que cada equipe deverá ser capaz de identificar, pesquisar, dimensionar, analisar e avaliar processos e dispositivos baseados nos princípios da termodinâmica.

Este desafio é importante para que você adquira uma base conceitual sólida sobre máquinas térmicas e processos que envolvem termodinâmica.

ETAPA № 1

 Aula-tema: Conceitos iniciais e propriedades termodinâmicas.

Esta etapa é importante para iniciarmos os estudos de termodinâmica, aprendendo a identificar, representar e calcular os conceitos iniciais como pressão, volume e temperatura. As propriedades termodinâmicas podem ser divididas em duas classes gerais, as intensivas e as extensivas.

Propriedade Extensiva - Chamamos de propriedade extensiva àquela que depende do tamanho ( extensão ) do sistema e/ou volume de controle. Assim, se subdividirmos um sistema em várias partes ( reais ou imaginárias ) e se o valor de uma dada propriedade for igual à soma das propriedades das partes, esta é uma variável extensiva. Por exemplo: Volume, Massa, etc.

Propriedade Intensiva - Ao contrário da propriedade extensiva, a propriedade intensiva, independe do tamanho do sistema. Exemplo: Temperatura, Pressão etc.

Propriedade Específica - Uma propriedade específica de uma dada substância é obtida dividindo-se uma propriedade extensiva pela massa da respectiva substância contida no sistema. Uma propriedade específica é também uma propriedade intensiva do sistema. Exemplo de propriedade específica:

Volume específico , v,

PASSOS

Passo 1 – A turbina construída por Hero, para efeitos de curiosidade, era constituída por um globo contendo água do qual vapor fervente poderia escapar através de dois bocais, como mostrado na figura.

Máquina de Hero

Fogo colocado abaixo de um recipiente fervia a água e vapor escapava pelos tubos verticais entrando no globo. De lá vapor era expelido pelos bocais, fazendo com que o globo girasse.

Para que o globo gire é necessário uma força de 5N na extremidade de cada bocal, cada bocal tem o diâmetro de 0,5 cm. Qual deve ser a pressão interna do globo?

Passo 2 – Compare a pressão exercida pelo vapor d’água sobre o globo, encontrada no passo 1, e a pressão interna de um pneu de carro (30 PSI).

Passo 3 – O vapor de água dentro do globo esta com uma titulação de 0,1 e adotando o valor de pressão encontrado no 1º passo qual deve ser a fração em volume ocupada pelo vapor d’água?

Passo 4 – O globo inicialmente tem vapor de água superaquecido a 90°C e os bocais se encontram vedados, qual deve ser a temperatura que o vapor atinge quando iniciamos o movimento do globo? Adote a pressão encontrada no 1°passo. (dica: trate o problema como uma transformação gasosa)

ETAPA № 2

 Aula-tema: Tabelas de vapor e diagrama de fase.

Vamos analisar um dispositivo bem comum, a panela de pressão.

A panela de pressão foi inventada pelo físico francês Denis Papin, que publicou em 1861 uma descrição do equipamento, denominando-o digestor. Numa reunião de cientistas da Royal Society, Papin demonstrou que o seu invento era capaz de reduzir ossos a gelatina comestível.

Sabemos que a água ferve normalmente a 100º C, ao nível do mar e num recipiente aberto. Qualquer que seja o tempo que a água demore para ferver nessas condições, a temperatura continuará a mesma. O excesso de calor produzirá apenas a evaporação mais rápida