Disciplina : Termodinâmica. Aula 11 Análise da massa e energia aplicadas a volumes de controle

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1 Disciplina : Termodinâmica Aula 11 Análise da massa e energia aplicadas a volumes de controle Prof. Evandro Rodrigo Dário, Dr. Eng.

2 Trabalho de fluxo e a energia de escoamento de um fluido Ao contrário de sistemas fechados, volumes de controle envolvem fluxo de massa através das suas fronteiras, e algum trabalho é necessário para empurrar a massa para dentro ou para fora do volume de controle. Este trabalho é conhecido como trabalho de fluxo, ou energia de escoamento.

3 Trabalho de fluxo e a energia de escoamento de um fluido Se a pressão do fluido é P e a área da seção transversal do elemento fluido é A e a força exercida sobre o elemento de fluido pelo pistão imaginário será Para empurrar todo o elemento fluido para dentro do volume de controle, esta força deve agir através de uma distância L. Assim, o trabalho realizado para empurrar o elemento de fluido através da fronteira do volume de controle (ou seja, o trabalho de fluxo) será

4 Trabalho de fluxo e a energia de escoamento de um fluido O trabalho de fluxo por unidade de massa é obtido pela divisão de ambos os lados da equação anterior pela massa do elemento fluido A equação de trabalho fluxo é a mesma se o fluido é empurrado para dentro ou para fora do volume de controle

5 Energia total de um fluido escoando A energia total de um sistema compressível simples é composta por em três parcelas: energias interna, cinética e potencial. Em unidade de massa, é expressa como O fluido que entre ou saia um volume de controle possui uma forma adicional de energia a energia de escoamento = Pv. Logo, a energia o total por unidade de massa de um fluido que escoando será

6 Energia total de um fluido escoando Como definido anteriormente Com o uso da entalpia em vez da energia interna para representar a energia de um fluido em escoamento, não é necessário se preocupar com o trabalho de fluxo. A entalpia leva em conta automaticamente a energia necessária para empurrar o fluido para dentro ou para fora do volume de controle.

7 Transporte de energia pela massa Observando que θ é a energia total por unidade de massa, a energia total de um fluido de massa m que escoa é simplesmente mθ, desde que as propriedades da massa m sejam uniformes. Quando uma corrente de um fluido com propriedades uniformes está escoando a uma vazão mássica m, ሶ a taxa com que a energia é transportada por essa corrente é luxo é ሶ mθ.

8 Processos em regime permanente são aqueles onde as propriedades do fluido podem mudar de um ponto para outro dentro volume de controle, mas, em qualquer ponto fixo, elas permanecem constantes durante todo o processo. (Lembre-se, regime permanente significa nenhuma variação com o tempo). Análise da energia em sistemas sob regime permanente O Balanço de massa aplicado a um volume de controle com escoamento em regime permanente 0

9 Análise da energia em sistemas sob regime permanente Durante um processo em regime permanente, a energia total presente em um volume de controle permanece constante (E VC =constante), e a mudança na energia total do volume de controle é igual a zero ( ΔE VC = 0). A quantidade de energia que entra um volume de controle em todas as formas (por calor, trabalho e massa) deve ser igual à quantidade de energia deixando-o.

10 Note que a energia pode ser transferida por calor, trabalho e fluxo de massa, o balanço de energia da equação anterior para um sistema em regime permanente também pode ser escrito mais explicitamente como Análise da energia em sistemas sob regime permanente