Calor E Primeira Lei Da Termodinâmica

Módulo III – Primeira Lei da Termodinâmica e em Ciclos de Potência

e Refrigeração.

Primeira Lei da Termodinâmica

A única maneira de variar a energia de um sistema fechado é por meio

de calor ou trabalho. Porém a energia deve ser conservar, isto é, a energia não

pode ser criada ou destruída, apenas transformada. Essa conservação de

energia é o princípio da Primeira Lei.

Balanço de Energia

A variação líquida da energia total de um sistema durante um processo é

igual à diferença entre a energia total que entra e a energia total que sai do

sistema durante esse processo.

Eentra – Esai = ΔEsistema [J]

Essa relação se aplica a todo tipo de sistema em qualquer processo

ΔEsistema = Efinal – Einicial = E2 – E1

A energia pode existir sob diversas formas, cinética, potencial,

magnética, eletromagnética, nuclear, química, e sua soma constitui a energia

total. A variação da energia total de um sistema durante um processo pode ser

expressa por:

ΔEsistema = ΔU + ΔEC + ΔEP

onde U é a energia interna, EC a energia cinética e EP a energia

potencial. Porém temos que:

ΔU = m (u2 – u1) [J]

ΔEC = ½ m (V2

2

– V1

2

) [J]

ΔEP = mg (z2 – z1) [J]

A energia pode ser transferida para ou de um sistema de três formas:

1. Calor (Q) promove o aumento ou diminuição da energia das moléculas,

e consequentemente a energia interna do sistema.

2. Trabalho (W) é uma forma de energia que não seja proveniente de uma

diferença de temperatura. A realização de trabalho sobre o sistema

aumenta a energia do sistema, enquanto que a realização de trabalho

pelo sistema diminui a energia dele.

3. Fluxo de massa (ṁ) é um mecanismo adicional de transferência de

energia, tendo um aumento com o acréscimo de massa e uma

diminuição com a retirada de massa do sistema.

Com isso, o balanço de energia pode ser escrito da seguinte forma:

ΔEsistema = Eentra – Esai = (Qentra – Qsai) + (Wentra – Wsai) + Emassa,entra – Emassa,sai

Na forma de taxa a variação de energia e de sua transferência na forma

de calor e trabalho podem ser expressas como:

Ėentra – Ėsai = dEsistema/dt [Watt]

= W/Δt [Watt]

= Δt [Watt]

Balanço de Energia para Ciclo

Num processo de ciclo termodinâmico o sistema retorna ao seu estado

original e, portanto, a variação de energia líquida é nula. Assim temos:

ΔEciclo = Qciclo – Wciclo ΔEciclo = 0

Qciclo = Wciclo

Ciclos de potência são aqueles que fornecem uma transferência líquida

de energia sob a forma de trabalho.

Wciclo = Qentra – Qsai

O desempenho ou eficiência de um sistema de potência pode ser

descrito em termos da extensão na qual a energia adicionada por calor é

convertida em trabalho líquido.

Ciclos de refrigeração ou bomba de calor são aqueles que necessitam

de uma entrada líquida de trabalho para realizar a transferência de calor de um

corpo mais frio para um corpo mais quente.

Wciclo = Qsai - Qentra

O desempenho dos ciclos de refrigeração ou coeficiente de desempenho

pode ser descrito como a razão entre a quantidade de energia recebida na

forma de calor do corpo frio e o trabalho líquido necessário para produzir esse

efeito.