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Termodinâmica

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by

Anderson Ávila

on 31 October 2013

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Transcript of Termodinâmica

Termodinâmica
Transferência de Calor por condução no estado estacionário
Condução
Estado Estacionário
Engenharia de Produção, 4NB
Anderson Ávila
Graziele Freitas
Leila Gleide
Thâmara Paiva
Transmissão de Calor é a disciplina que estuda a transferência de energia entre dois corpos materiais que ocorre devido a uma diferença de temperatura, quanta energia é transferida e em que taxa esta energia é transferida. Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios diferentes haverá, necessariamente, transferência de calor.
Mas o que é transmissão de calor?
A Termodinâmica, por sua vez,lida com os estados que delimitam o processo no qual uma interação ocorre (inicial e final). Não se estuda a natureza da interação e nem a taxa (velocidade) na qual a interação ocorre.
Por exemplo: Consideremos uma barra quente de metal mergulhada em um recipiente com água.

A termodinâmica pode ser usada para determinar a temperatura final de equilíbrio do conjunto barra–água.
Não poderá nos dizer quanto tempo se leva para alcançar o equilíbrio,nem a temperatura da barra durante o processo.
A Transmissão de Calor pode ser usada para fornecer a temperatura da barra e da água ao longo do processo.

Quando a transferência de energia ocorrer em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido, em virtude de um gradiente de temperatura, usamos o termo transferência de calor por condução.

No estado estacionário a temperatura dos pontos da barra não varia com o tempo,  ∂T/∂t=0, ∂T/∂x  é constante, de acordo com a lei de Fourier
p é a densidade
c é o calor específico
K é a condutividade térmica
A equação diferencial que descreve a condução térmica
Condução em estado estacionário é a forma de condução que ocorre quando a diferença de temperatura conduzindo a condução é constante de modo que após um tempo de equilíbrio, a distribuição espacial das temperaturas (campo de temperatura) no objeto condutor não mais se altera. Assim, todas as derivadas parciais de temperatura com relação ao espaço tem valores, mas todos as derivadas da temperatura em função do tempo são uniformemente nulas (possuem valor igual a zero).
Metal quente repentinamente colocado em um recipiente com líquido frio

Durante o período de tempo que a temperatura em qualquer ponto do espaço em um objeto ou uma mudança de fluidos no tempo, o modo de condução de calor é chamado de condução transiente.
A palavra transiente refere-se a distribuições de temperatura no interior do objeto, que mudam ao longo do tempo e, portanto, são transitórias. alta condutividade térmica: a resistência à condução no interior do sólido pode ser desprezada!!!

Por exemplo, segundo a equação de Fourier, um pulso de calor na origem seria sentido no infinito instantaneamente. A velocidade de propagação de informações seria mais rápida que a velocidade da luz no vácuo, o que é fisicamente inadmissível no âmbito da relatividade. Alterações ao modelo de Fourier prevendo um modelo relativista de condução de calor, evitam esse problema.
A teoria da condução de calor Relativística é um modelo que é compatível com a teoria da relatividade espacial. Na maior parte do século passado, foi reconhecido que a equação de Fourier está em contradição com a teoria da relatividade porque admite uma velocidade infinita de propagação de sinais de calor.
Condução Relativística
Condução Relativística
Um sistema em um estado estacionário, (ou regime permanente para a engenharia), tem numerosas propriedades que são inalteráveis no tempo. Isto implica que qualquer propriedade p do sistema,
a derivada parcial em relação ao tempo é zero:
Descreve a teoria da condutibilidade de calor em regimes de temperaturas estacionárias e variáveis e resolve diversos problemas: parede, barra, esfera, entre outros. A lei permite quantificar transmissão de calor entre os extremos da barra em regime estacionário, em função das dimensões da barra, das características do material de que ela é feita e ainda das temperaturas nos seus extremos.
Lei de Fourier
Imaginase ainda que a superfície lateral da barra está termicamente isolada, não havendo portanto trocas de calor com o exterior através dela. (tente colocar esse texto de lado da figura)


Área: A
Comprimento: L
Q: Calor
Temperatura das extremidades: T1 T2
Condutividade térmica: k (constante)

A equação é:

0= fluxo de calor, Q= quociente de calor, at= intervalo de tem


No tratamento unidimensional a temperatura é função de apenas uma coordenada. Este tipo de tratamento pode ser aplicado em muitos dos problemas industriais.
Condução de calor em regime permanente – Unidimensional
Por exemplo, no caso da transferência de calor em um sistema que consiste de um fluido que escoa ao longo de um tubo ( figura 3.1 ), a temperatura da parede do tubo pode ser considerada função apenas do raio do tubo. Esta suposição é válida se o fluido escoa uniformemente ao longo de toda a superfície interna e se o tubo não for longo o suficiente para que ocorram grandes variações de temperatura do fluido devido à transferência de calor.
Questões
01 - (Unirio-RJ) Indique a proposição correta:
a) Todo calor é medido pela temperatura, isto é, calor e temperatura são a mesma grandeza.
b) Calor é uma forma de energia em trânsito e temperatura mede o grau de agitação das moléculas de um sistema.
c) O calor nunca é função da temperatura.
d) O calor só é função da temperatura quando o sistema sofre mudança em seu estado físico. e) A temperatura é a grandeza cuja unidade fornece a quantidade de calor de um sistema.

02- (UFMG) Um cozinheiro quer comprar uma panela que esquente rápida e uniformemente.
Ele deve procurar uma panela feita de um material que tenha:
a) alto calor específico e alta condutividade térmica.
b) alto calor específico e baixa condutividade térmica.
c) baixo calor específico e alta condutividade térmica.
d) baixo calor específico e baixa condutividade térmica.
03 - (Ufes) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o contém dentro de um recipiente com gelo. Para que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relação ao vidro, um maior valor de:
a) condutividade térmica.
b) calor específico.
c) coeficiente de dilatação térmica.
d) energia interna.
e) calor latente de fusão
Relação com a termo
Existe uma diferença fundamental entre a transferência de calor e a termodinâmica.
Embora a termodinâmica trate das interações do calor e o papel que ele desempenha na primeira e na segunda leis, ela não leva em conta nem o mecanismo de transferência nem os métodos de cálculo da taxa de transferência de calor.

A termodinâmica trata com estados de equilíbrio da matéria onde inexiste gradientes de temperatura. Embora a termodinâmica possa ser usada para determinar a quantidade de energia requerida na forma de calor para um sistema passar de um estado de equilíbrio para outro, ela não pode quantificar a taxa (velocidade) na qual a transferência do calor ocorre. A disciplina de transferência de calor procura fazer aquilo o que a termodinâmica é inerentemente incapaz de fazer.
Aplicação no cotidiano
Qual a forma de condução de calor?????
Dúvidas ou comentários?
Agradecemos a atenção, boa noite!
Gratos pela atenção, boa noite!
04 - A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolos refratários com 0,20m de espessura e condutividade térmica de 1,3 W/mK. A temperatura da parede interna é de 1127oC e a temperatura da parede externa é de 827oC. Determinar a taxa de calor perdido através de uma parede com 1,8m por 2,0 m.
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