MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS

Transcrição

1 MÁQUINAS TÉRMICAS E PROCESSOS CONTÍNUOS AULA 1-3 TERMODINÂMICA APLICADA AS MÁQUINAS TÉRMICAS PROF.: KAIO DUTRA

2 Diagrama de Fases Estado líquido Mistura bifásica líquido-vapor Estado de vapor

3 Conservação da Massa Para Um Volume de Controle

4 Conservação da Massa Para Um Volume de Controle Formulação Geral: Regime Permanente:

5 Exemplo 1 Um aquecedor de água operando em regime permanente possui duas entradas e uma saída, conforme ilustrado na figura abaixo. Determine a vazão mássica na entrada 2 e na saída, em Kg/s, e a velocidade na entrada 2, em m/s.

6 Exemplo 1

7 Conservação da Energia para um Volume de Controle

8 Balanço de Energia Para Regime Permanente

9 Balanço de Energia Bocais e Difusores Um bocal é um duto com área de seção reta varável na qual a velocidade de um gás ou líquido aumenta na direção do escoamento. Em um difusor, o líquido ou gás se desacelera na direção do escoamento.

10 Balanço de Energia Bocais e Difusores

11 Balanço de Energia Turbina Uma turbina é um dispositivo que produz trabalho em função da passagem de um gás ou líquido escoando através de uma série de pás colocadas em um eixo que se encontra livre para girar.

12 Balanço de Energia Turbina - Exemplo Vapor de água entra em uma turbina operando em regime permanente. A turbina desenvolve uma potência de 1000KW. Para uma mistura liquido-vapor de x=0,9, calcule a taxa de transferência de calor entre a turbina e a vizinhança em KW.

13 Balanço de Energia Turbina - Exemplo

14 Balanço de Energia Compressores e Bombas Compressores são dispositivos nos quais o trabalho é realizado sobre o gás que atravessa de modo a elevar a pressão. Nas bombas o trabalho é usado para mudar o estado do líquido e proporcionar seu fluxo em um circuito.

15 Balanço de Energia Compressores e Bombas - Exemplo Um compressor opera conforme com gás ideial nas condições mostrada na figura ao lado. Sabendo que sua taxa de resfriamento é de 180KJ/min, determina a protência necessária para sua operação.

16 Balanço de Energia Trocadores de Calor Os dispositivos que transferem energia entre fluidos de diferentes temperaturas através dos modos de transmissão de calor são denominados trocadores de calor.

17 Balanço de Energia Trocadores de Calor - Exemplo Um trocador de calor, contracorrente, opera conforme ilustrado na figura ao lado. Destermine: A) A relação entre os fluxos de massa; B) A taxa de calor trocado por unidade de massa.

18 Balanço de Energia Dispositivos de Estrangulamento Quando um escoamento em uma válvula ou em outra restrição é idealizado, o processo é chamado de processos de estrangulamento.

19 Balanço de Energia Exemplo O esquema ao lado mostra um circuido de geração de potencia composto por um trocado de calor e uma turbina. Para os parâmetros de operação mostrados na figura, determine a potência gerada pela turbina, adimita que não exista perda de calor para o ambiente.

20 A Segunda Lei da Termodinâmica Enunciados Kelvin-Planck: É impossível para qualquer sistema operar em um ciclo termodinâmico e fornecer uma quantidade líquida de trabalho para as suas vizinhanças enquanto recebe energia por transferência de calor de um único reservatório térmico. Clausius: É impossível para qualquer sistema operar de maneira que o único resultado seria a transferência de energia sob a forma de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente.

21 A Segunda Lei da Termodinâmica Processos Irreversíveis Um processo é chamado de irreversível se o sistema e todas as partes que compõem suas vizinhanças não puderem ser restabelecidos exatamente aos seus respectivos estados iniciais após o processo ter ocorrido. O processo é reversível se tanto o sistema quanto as vizinhanças puderem retornar aos seus estados iniciais.

22 A Segunda Lei da Termodinâmica Processos Irreversíveis Ciclo de Carnot A eficiência térmica de um ciclo de potência irreversível é sempre menor do que a eficiência térmica de um ciclo de potência reversível quando cada um opera entre os mesmos dois reservatórios térmicos. Todos os ciclos de potência reversíveis operando entre os mesmo dois reservatórios térmicos possuem a mesma eficiência térmica.

23 A Segunda Lei da Termodinâmica Utilizando a Entropia A desigualdade de Clausius estabelece que: A equação também pode ser escrita da seguinte forma:

24 A Segunda Lei da Termodinâmica Balanço de Entropia Por definição a variação de entropia em um processo irreversível é dada por: Para um processo real, a geração de entropia é adicionada a equação:

25 A Segunda Lei da Termodinâmica Balanço de Entropia O balanço diferencial de entropia em um volume de controle pode ser escrito da seguinte forma:

26 A Segunda Lei da Termodinâmica Processos Isentrópicos O termo isentrópico denota entropia constante:

27 A Segunda Lei da Termodinâmica Eficiência Isoentrópica Turbinas A eficiência isoentrópica consiste na comparação entre o desempenho real de um equipamento e o desempenho que seria atingido em condições idealizadas para o mesmo estado inicial e a mesma pressão de saída.

28 A Segunda Lei da Termodinâmica Eficiência Isoentrópica Turbinas

29 A Segunda Lei da Termodinâmica Eficiência Isoentrópica Compressores

30 A Segunda Lei da Termodinâmica Eficiência Isoentrópica Exercício Uma turbina a vapor opera em regime permanente com condições de entrada de P1=5 bar, T1=320 C. Vapor deixa a turbina a uma pressão de 1 bar. Não ocorre transferência significativa de calor. Se a eficiência isoentrópica da turbina é de 75%, determine o trabalho produzido por unidade de massa de vapor, em KJ/Kg.

31 A Segunda Lei da Termodinâmica Eficiência Isoentrópica Exercício O sistema de refrigeração ilustrado na figura ao lado opera com R22, determine a eficiência isoentrópica do compressor.