Recursos Energéticos e Meio Ambiente. Professor Sandro Donnini Mancini. 4 - Mecânica e Termodinâmica da Energia. Sorocaba, Fevereiro de 2016

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1 Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba Recursos Energéticos e Meio Ambiente Professor Sandro Donnini Mancini 4 - Mecânica e Termodinâmica da Energia Sorocaba, Fevereiro de 016 Formas de Energia Energia Elétrica Energia Nuclear Energia Química (carvão, óleo, gás) Energia Radiante (principalmente solar) Energia Térmica Energia Mecânica (cinética e potencial) mv E = E = mgh 1

2 Geralmente, para os usos finais da energia ocorrem um ou mais processos de Conversão de Energia quando energia disponível não é igual à energia desejada Eficiência (%): (energia produzida / total de energia inicial) x 100 Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson, 003 Perda (%) = 100 Eficiência (%) Percentual da energia inicial que foi transformada em outros tipos de energia não aproveitada pelo sistema calor, barulho... Energia : a capacidade de realizar trabalho Potência: fluxo de energia

3 Leis da Termodinâmica Lei Zero : Se dois corpos A e B estão cada um em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então eles estão em equilíbrio térmico entre si. (na prática, introduziu o conceito de temperatura, necessário para as duas leis) 1ª Lei O calor Q recebido por um sistema é igual à soma entre a variação da energia interna U do sistema e o trabalho W efetuado pelo sistema Q = U + W De outra forma, escreve-se o Princípio da Conservação de Energia: a quantidade total de energia em um sistema isolado permanecerá sempre constante. Q e W as são duas formas de se transferir energia para um corpo. A energia colocada num sistema (Q) é igual a energia que sai dele (W) mais a que foi armazenada. Calor = energia em trânsito (manifestação da interação do corpo com a vizinhança) Q = mc T (m = massa, c=calor específico, T =variação de temperatura) 3

4 a Lei Para qualquer processo espontâneo, a entropia de um sistema pode apenas aumentar ou permanecer igual, nunca diminuir. Transferência de Calor Condução Do corpo quente para o frio, por meio de colisões moleculares, o que leva um determinado tempo. Q k. A.( T ) 1 = T t onde K=condutividade, A=área e δ=espessura Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson, 003 4

5 Condutividade térmica de alguns materiais usados em construção civil Material Uso Condutividade (W/m.K) Argila Tijolo, telha, lajes 0,7 Cimento de amianto Telha de fibrocimento 0,35 a 0,7 Cimento comum Concreto, reboque 0,9 Concreto comum Fundações, lajes Gipsita Gesso 0,5 PVC Lajes, pisos 0, Lã de Vidro Revestimentos 0,04 Isopor Lajes, revestimentos 0,035 Madeira Forros, paredes 0,08 0,3 Aço Estruturas 5 Alumínio Esquadrias 04 Cobre Fios e cabos 37 Ar 0,03 Água 0,58 Convecção Transferência de calor típica para fluidos (gases e líquidos) onde as moléculas estão distantes para a transferência de calor por contato (condução). Quanto maior a T de um fluido menor a densidade (ocupa volume maior com a mesma massa). Mais leve, o fluido tende a subir enquanto fluidos mais frios (mais densos) tendem a descer. Disponível em /textos/biologicas/ciencias/tc000/cie1g45.pdf. Acesso em

6 Radiação Não necessita de um meio para propagação. Uma onda eletromagnética incide num corpo e é transformada em calor. Todos os corpos emitem radiação (abaixo de o C, principalmente IV e microondas). Shackelford, J.F. Introduction to Materials Science for Engineers 3 a Ed. McMillan Publishing Company. Nova Iorque, p. Máquinas Térmicas Dispositivos onde o calor é convertido em trabalho útil Calor = energia que passa de um corpo quando há T entre eles Fonte (combustível queimado, sol ou fissão nuclear) Fluido de Trabalho (líquido e/ou gás) Exemplos de Máquinas Térmicas: usinas termelétricas; usinas termonucleares; Automóveis; Geladeira. 6

7 Geladeirahttp:// Baseada no fato que a expansão de um fluido resulta na queda de sua temperatura. Melhor que o fluido esteja no estado líquido pois sua densidade é maior (mais fluido para trocar calor). 1) compressão do fluido de trabalho que está na forma gasosa ( P T ); ) condensação do fluido na serpentina de fora (condensador); 3) Descompressão e vaporização na serpentina de dentro, que esfria tirando o calor do ar que está próximo, dentro da geladeira (vaporizador); Dentro da geladeira: movimentos convectivos do ar que esfriou. Fluidos de trabalho de equipamentos de refrigeração: Até SO e principalmente Amônia; 1931 a ~1990 CFCs (freon); 1990 até hoje - CFCs, HFC / Isobutano!!!! serpentina de dentro (freezer) 7