Engenharia De Controle E Automação

ETAPA 3: Passo 1:

ATPS – TERMODINÂMICA – Faculdade Anhanguera de Sorocaba (06/2011)

A primeira lei da termodinâmica nada mais é que o princípio da conservação de energia e, apesar de ser estudado para os gases, pode ser aplicado em quaisquer processos em que a energia de um sistema é trocado com o meio externo na forma de calor e trabalho. Quando fornecemos a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada de duas maneiras: 1. Uma parte da energia pode ser usada para o sistema realizar um trabalho (t), expandindo-se ou contraindo-se, ou também pode acontecer de o sistema não alterar seu volume (t = 0); 2. A outra parte pode ser absorvida pelo sistema, virando energia interna, ou seja, essa outra parte de energia é igual à variação de energia (ΔU) do sistema. Se a variação de

energia for zero (ΔU = 0) o sistema utilizou toda a energia em forma de trabalho. ΔU= Q – t Sistema: e a parte do universo que estamos observando e estudando. Ex.: pode ser o vaso de uma reação, pilha eletroquímica, etc. Vizinhanças: são a parte externa do sistema de onde fazemos as observações e as medidas. Sistema aberto: Quando a materia pode ser transferida através da fronteira entre o sistema e as suas vizinhanças. Sistema Fechado: Quando a matéria não pode passar através das fronteiras. Sistema isolado: quando não há contato nem térmico nem mecânico com suas vizinhanças. Trabalho(W): propriedade física fundamental da termodinâmica. Há trabalho quando um corpo e deslocado contra uma forca que se opõe ao deslocamento. Energia: energia de um sistema e a sua capacidade de realizar trabalho. Calor(q): transferência de energia que faz o uso do movimento caótico das moléculas. Fronteira diatérmica: permeável a passagem de energia na forma de calor. Fronteira adiabática: fronteira que não permite a transferência de energia na forma de calor. Processo exotérmico: processo que libera energia na forma de calor. Processo endotérmico: processo que aborve energia na forma de calor. Calor se relaciona a Movimento caótico/movimento térmico: A distinção entre trabalho e calor se faz nas vizinhanças. Trabalho e a transferência de energia que faz o uso do movimento organizado dos átomos ou moléculas das vizinhanças. O calor e identificado como a transferência de energia que faz o uso do movimento térmico

das partículas nas vizinhanças do sistema. Energia Interna, (U): e a soma das energias cinética e potencial que compõe o sistema.

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Função de Estado: o seu valor depende exclusivamente do estado em que esta o sistema. U e uma função de estado. Calor de trabalho são maneiras equivalentes de se alterar a energia interna de um sistema. Trabalho de expansão: surge quando há uma variação de volume. Obs.: O sinal negativo informa que qdo o sistema desloca o corpo contra a forca, a energia interna do sistema que efetua o trabalho diminui. Transformação reversível: pode ser invertida pela modificação infinitesimal de uma variável. (equilíbrio) Expansão isotérmica reversível: pv=nRT Calorimetria: estudo do calor transferido durante um processo físico ou químico. Calorímetro e um dispositivo para medir o calor transferido. Capacidade calorífica: a energia interna de uma substancia aumenta quando sua temperatura se eleva. (propriedade extensiva) Calor especifico: capacidade calorífica da amostra, dividida pela sua massa, em gramas. Entalpia: (H) H = U + p.V. Como U, p e V são funções de estado, portanto a entalpia também e uma função de estado. Como medir a variação de entalpia? Pode-se medir calorimetricamente a variação de entalpia acompanhando-se a variação de temperatura de uma transformação física ou quimica que ocorra a pressão constante. (calorímetro isobárico) No caso de uma reação de combustão, pode-se usar um calorímetro de

chama adiabático, medindo a variação de temperatura provocada pela combustao de uma substancia em atmosfera de oxigênio. A maneira mais sofisticada de medir a variação de entalpia e através de um calorímetro diferencial de varredura (DSC); através da equação pV=nRT. Termoquímica: e o estudo do calor produzidoou consumido nas reações quimicas Estado padrão: o estado padrão de uma substancia, numa certa temperatura, e o da substancia na sua forma pura sob pressão de 1 bar. Lei de Hess: a entalpia padrão de uma reação e igual a soma das entalpias padroes das reações parciais em que a reação possa ser dividida. ∆rH° = somatório da entalpia dos produtos – somatório da entalpia dos reagentes. constante. Assim temos enunciada a primeira lei da termodinâmica: a variação de energia interna ΔU de um sistema é igual à diferença entre o calor Q trocado com o meio externo e o trabalho t por ele realizado durante uma transformação.

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Aplicando a lei de conservação da energia, temos: ΔU= Q – t à Q = ΔU + t * Q à Quantidade de calor trocado com o meio: Q > 0 o sistema recebe calor; Q < 0 o sistema perde calor. * ΔU à Variação da energia interna do gás: ΔU > 0 a energia interna aumenta, portanto, sua temperatura aumenta; ΔU < 0 a energia interna diminui, portanto, sua temperatura diminui. * t Energia que o gás troca com o meio sob a forma de trabalho: t > 0 o gás fornece energia ao meio, portanto, o volume aumenta; t < 0 à o gás recebe energia do

meio, portanto, o volume diminui.

Passo 2: Temos o seguinte processo: Um recipiente, com volume de 10 m3, contém 0,02 m3 de água líquida saturada e 3,75 m3 de água no estado de vapor saturado a pressão de 0,1MPa. Calor é transferido à água até que o recipiente contenha apenas vapor saturado. Utilizaremos os conceitos já estudados para calcular o calor transferido nesse processo. Para isso utilizamos a regra geral: ∆E=Q-W ∆Ec+∆Ep+∆U=Q-W Nesse caso não temos energia cinética nem energia potencial envolvidas, então podemos excluir os termos e como não há variação de pressão, também não temos trabalho, logo a equação fica: Uf-Ui=Q Simplificando a equação da energia interna em relação à massa e volume específico, temos: Ui=Vv*ul+Vv*uv

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Para realização dos cálculos, utilizamos os dados da tabela B.1.2. Ui=0,020,001043*417,33+9,981,694*2506,06 Ui=22766,65KJ Agora devemos calcular a anergia interna final, para isso calcularemos primeiro