Exemplo de limitação e processo isentálpico. Determine a qualidade do vapor quando regulado entre 1,15 MPa e 1,0 MPa. Engenharia Térmica
Processo de estrangulamento – processo isentálpico
Um processo de estrangulamento é um processo termodinâmico , no qual a entalpia do gás ou do meio permanece constante (h = const) . De fato, o processo de estrangulamento é um dos processos isentálicos . Durante o processo de estrangulamento, nenhum trabalho é realizado pelo sistema (dW = 0) e, geralmente, não há transferência de calor ( adiabática ) do ou para o sistema (dQ = 0). Por outro lado, o processo de estrangulamento não pode ser isentrópico, é um processo fundamentalmente irreversível . Características do processo de estrangulamento:
Transferência sem trabalho
Sem transferência de calor
Processo irreversível
Processo isentálpico
Uma válvula parcialmente aberta ou um bujão poroso pode ser usado para reduzir a pressão em um sistema.
Exemplo: Regulagem de vapor úmido
Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Determine a qualidade do vapor quando regulado entre 1,15 MPa e 1,0 MPa. Suponha que o processo seja adiabático e que nenhum trabalho seja realizado pelo sistema.
A entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:
h D, úmido = h D, vapor x + (1 – x) h D, líquido = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Como é um processo isentálico, conhecemos a entalpia do ponto T. Nas tabelas de vapor, temos que encontrar a qualidade do vapor usando a mesma equação e resolvendo a equação para a qualidade do vapor, x:
h T, úmido = h T, vapor x + (1 – x) h T, líquido
x = ( h T, úmido – h T, líquido ) / ( h T, vapor – h T, líquido ) = (2523 – 762) / (2777 – 762) = 0,874 = 87,4%
Neste caso do processo de estrangulamento (1,15 MPa a 1MPa), a qualidade do vapor aumenta de 87% para 87,4% e a temperatura diminui de 186 ° C para 179,9 ° C.
A limitação do vapor úmido geralmente causa aumento na qualidade do vapor, aumento da entropia e diminuição da temperatura.
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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.
A limitação do vapor úmido também está associada à conservação da entalpia. Nesse caso, uma redução na pressão causa um aumento na qualidade do vapor. Engenharia Térmica
Processo de estrangulamento – processo isentálpico
Um processo de estrangulamento é um processo termodinâmico , no qual a entalpia do gás ou do meio permanece constante (h = const) . De fato, o processo de estrangulamento é um dos processos isentálicos . Durante o processo de estrangulamento, nenhum trabalho é realizado pelo sistema (dW = 0) e, geralmente, não há transferência de calor ( adiabática ) do ou para o sistema (dQ = 0). Por outro lado, o processo de estrangulamento não pode ser isentrópico, é um processo fundamentalmente irreversível . Características do processo de estrangulamento:
Transferência sem trabalho
Sem transferência de calor
Processo irreversível
Processo isentálpico
Um estrangulamento do fluxo causa uma redução significativa da pressão , porque um dispositivo de estrangulamento causa uma perda de pressão local . Uma limitação pode ser alcançada simplesmente introduzindo uma restrição em uma linha através da qual um gás ou líquido flui. Essa restrição é comumente feita por meio de uma válvula parcialmente aberta ou um bujão poroso. Tais perdas de pressão são geralmente denominadas perdas menores , embora geralmente representem uma parte importante da perda de carga . As perdas menores são aproximadamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo e, portanto, eles podem ser facilmente integrados na equação de Darcy-Weisbach através de coeficiente de resistência K .
Uma válvula parcialmente aberta ou um bujão poroso pode ser usado para reduzir a pressão em um sistema.
Regulagem do vapor úmido
O vapor úmido é caracterizado pela qualidade do vapor , que varia de zero a unidade – intervalo aberto (0,1). A limitação do vapor úmido também está associada à conservação da entalpia . A entalpia é conservada porque nenhum trabalho é realizado pelo sistema (dW = 0) e, geralmente, não há transferência de calor (adiabática) do ou para o sistema (dQ = 0). Mas, neste caso, uma redução na pressão causa um aumento na qualidade do vapor . À medida que a pressão cai, parte do líquido no vapor úmido vaporiza e aumenta a qualidade do vapor (ou seja, a fração de secura). Esse processo ocorre porque a temperatura de saturaçãoé menor na pressão mais baixa. A temperatura mais baixa, a pressão mais baixa e o vapor de maior qualidade contêm a mesma entalpia que o vapor original.
Exemplo: Regulagem de vapor úmido
Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Determine a qualidade do vapor quando regulado entre 1,15 MPa e 1,0 MPa. Suponha que o processo seja adiabático e que nenhum trabalho seja realizado pelo sistema.
A entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:
h D, úmido = h D, vapor x + (1 – x) h D, líquido = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Como é um processo isentálico, conhecemos a entalpia do ponto T. Nas tabelas de vapor, temos que encontrar a qualidade do vapor usando a mesma equação e resolvendo a equação para a qualidade do vapor, x:
h T, úmido = h T, vapor x + (1 – x) h T, líquido
x = ( h T, úmido – h T, líquido ) / ( h T, vapor – h T, líquido ) = (2523 – 762) / (2777 – 762) = 0,874 = 87,4%
Neste caso do processo de estrangulamento (1,15 MPa a 1MPa), a qualidade do vapor aumenta de 87% para 87,4% e a temperatura diminui de 186 ° C para 179,9 ° C.
A limitação do vapor úmido geralmente causa aumento na qualidade do vapor, aumento da entropia e diminuição da temperatura.
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As mudanças de temperatura durante o processo de estrangulamento estão sujeitas ao efeito Joule-Thomson. O efeito depende do valor do coeficiente de Joule-Thomson. Engenharia Térmica
Efeito Joule-Thomson – coeficiente de Joule Thomson
As mudanças de temperatura durante o processo de estrangulamento estão sujeitas ao efeito Joule-Thomson . À temperatura ambiente e pressões normais, todos os gases, exceto hidrogênio e hélio, esfriam durante a expansão do gás. O resfriamento ocorre porque é necessário trabalhar para superar a atração de longo alcance entre as moléculas de gás, à medida que elas se afastam. O efeito depende do valor do coeficiente de Joule-Thomson , que é definido como:
Uma aplicação do processo de estrangulamento ocorre em refrigeradores de compressão de vapor, onde uma válvula de estrangulamento é usada para reduzir a pressão e reduzir a temperatura do refrigerante da pressão na saída do condensador para a pressão mais baixa existente no evaporador.
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Um processo de estrangulamento é um dos processos isentálicos. Um processo de estrangulamento é um processo termodinâmico, no qual a entalpia do gás permanece constante. Engenharia Térmica
Processo de estrangulamento – processo isentálpico
Um processo de estrangulamento é um processo termodinâmico , no qual a entalpia do gás ou do meio permanece constante (h = const) . De fato, o processo de estrangulamento é um dos processos isentálicos . Durante o processo de estrangulamento, nenhum trabalho é realizado pelo sistema (dW = 0) e, geralmente, não há transferência de calor ( adiabática ) do ou para o sistema (dQ = 0). Por outro lado, o processo de estrangulamento não pode ser isentrópico, é um processo fundamentalmente irreversível . Características do processo de estrangulamento:
Transferência sem trabalho
Sem transferência de calor
Processo irreversível
Processo isentálpico
Um estrangulamento do fluxo causa uma redução significativa da pressão , porque um dispositivo de estrangulamento causa uma perda de pressão local . Uma limitação pode ser alcançada simplesmente introduzindo uma restrição em uma linha através da qual um gás ou líquido flui. Essa restrição é comumente feita por meio de uma válvula parcialmente aberta ou um bujão poroso. Tais perdas de pressão são geralmente denominadas perdas menores , embora geralmente representem uma parte importante da perda de carga . As perdas menores são aproximadamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo e, portanto, eles podem ser facilmente integrados na equação de Darcy-Weisbach através de coeficiente de resistência K .
Por exemplo, considere a aceleração de um gás ideal que flui através de uma válvula que está parcialmente aberta. Pela experiência, podemos observar que: p in > p out , v in <v out , onde p é a pressão e v é o volume específico . Também podemos observar que entalpias específicas permanecem as mesmas, ou seja, h in = h out .
Portanto, se a pressão diminuir, o volume específico deverá aumentar se a entalpia permanecer constante (supondo que u seja constante). Como o fluxo de massa é constante, a mudança no volume específico é observada como um aumento na velocidade do gás , e isso também é verificado por observações.
Se houver uma mudança na energia interna, u, deve haver uma mudança de temperatura . Normalmente a temperatura do fluido cai. No entanto, em casos especiais, a temperatura pode permanecer a mesma ou aumentar.
Uma válvula parcialmente aberta ou um bujão poroso pode ser usado para reduzir a pressão em um sistema.
Efeito Joule-Thomson – coeficiente de Joule Thomson
As mudanças de temperatura durante o processo de estrangulamento estão sujeitas ao efeito Joule-Thomson . À temperatura ambiente e pressões normais, todos os gases, exceto hidrogênio e hélio, esfriam durante a expansão do gás. O resfriamento ocorre porque é preciso trabalhar para superar a atração de longo alcance entre as moléculas de gás à medida que elas se afastam. O efeito depende do valor do coeficiente de Joule-Thomson , que é definido como:
Uma aplicação do processo de estrangulamento ocorre em refrigeradores de compressão de vapor, onde uma válvula de estrangulamento é usada para reduzir a pressão e reduzir a temperatura do refrigerante da pressão na saída do condensador para a pressão mais baixa existente no evaporador.
Exemplo: Regulagem de vapor úmido
Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Determine a qualidade do vapor quando regulado entre 1,15 MPa e 1,0 MPa. Suponha que o processo seja adiabático e que nenhum trabalho seja realizado pelo sistema.
A entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:
h D, úmido = h D, vapor x + (1 – x) h D, líquido = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Como é um processo isentálico, conhecemos a entalpia do ponto T. Nas tabelas de vapor, temos que encontrar a qualidade do vapor usando a mesma equação e resolvendo a equação para a qualidade do vapor, x:
h T, úmido = h T, vapor x + (1 – x) h T, líquido
x = ( h T, úmido – h T, líquido ) / ( h T, vapor – h T, líquido ) = (2523 – 762) / (2777 – 762) = 0,874 = 87,4%
Neste caso do processo de estrangulamento (1,15 MPa a 1MPa), a qualidade do vapor aumenta de 87% para 87,4% e a temperatura diminui de 186 ° C para 179,9 ° C.
Regulagem do vapor úmido
O vapor úmido é caracterizado pela qualidade do vapor , que varia de zero a unidade – intervalo aberto (0,1). A limitação do vapor úmido também está associada à conservação da entalpia . A entalpia é conservada porque nenhum trabalho é realizado pelo sistema (dW = 0) e, geralmente, não há transferência de calor (adiabática) do ou para o sistema (dQ = 0). Mas, neste caso, uma redução na pressão causa um aumento na qualidade do vapor . À medida que a pressão cai, parte do líquido no vapor úmido vaporiza e aumenta a qualidade do vapor (ou seja, a fração de secura). Esse processo ocorre porque a temperatura de saturaçãoé menor na pressão mais baixa. A temperatura mais baixa, a pressão mais baixa e o vapor de maior qualidade contêm a mesma entalpia que o vapor original.
Exemplo: Regulagem de vapor úmido
Um estágio de alta pressão da turbina a vapor opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (ponto C). O vapor sai deste estágio da turbina a uma pressão de 1,15 MPa, 186 ° C ex = 0,87 (ponto D). Determine a qualidade do vapor quando regulado entre 1,15 MPa e 1,0 MPa. Suponha que o processo seja adiabático e que nenhum trabalho seja realizado pelo sistema.
A entalpia para o estado D deve ser calculada usando a qualidade do vapor:
h D, úmido = h D, vapor x + (1 – x) h D, líquido = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Como é um processo isentálico, conhecemos a entalpia do ponto T. Nas tabelas de vapor, temos que encontrar a qualidade do vapor usando a mesma equação e resolvendo a equação para a qualidade do vapor, x:
h T, úmido = h T, vapor x + (1 – x) h T, líquido
x = ( h T, úmido – h T, líquido ) / ( h T, vapor – h T, líquido ) = (2523 – 762) / (2777 – 762) = 0,874 = 87,4%
Neste caso do processo de estrangulamento (1,15 MPa a 1MPa), a qualidade do vapor aumenta de 87% para 87,4% e a temperatura diminui de 186 ° C para 179,9 ° C.
A limitação do vapor úmido geralmente causa aumento na qualidade do vapor, aumento da entropia e diminuição da temperatura.
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Um processo politrópico é qualquer processo termodinâmico que pode ser expresso pela seguinte equação: pVn = constante. Definição e características do Processo Politrópico. Engenharia Térmica
Processo Politrópico
Um processo politrópico é qualquer processo termodinâmico que pode ser expresso pela seguinte equação:
pV n = constante
O processo politrópico pode descrever a expansão e compressão de gás que incluem transferência de calor . O expoente n é conhecido como índice politrópico e pode assumir qualquer valor de 0 a ∞, dependendo do processo específico.
Existem alguns casos especiais de n , que correspondem a processos específicos:
No caso 1 < n <, nesse processo, os fluxos de calor e trabalho seguem direções opostas. Esse processo ocorre, por exemplo, na refrigeração por compressão de vapor durante a compressão
o caso < n < ∞ , neste processo, os fluxos de calor e trabalho seguem na mesma direção. Esse processo ocorre, por exemplo, em um motor de combustão interna (por exemplo, ciclo Otto), no qual há calor perde através das paredes do cilindro durante o gás expansão (golpe de energia).
Para um processo politrópico entre dois estados:
p 1 V 1 n = p 2 V 2 n
Processo politrópico – principais característicasProcessos politrópicos com vários índices politrópicos.
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Exemplo de processo isocórico – adição de calor isocórico. Vamos assumir que o ciclo Otto, os processos 2 → 3 e 4 → 1 são processos isocóricos. Engenharia Térmica
Processo Isocórico – Processo Isométrico
Um processo isocórico é um processo termodinâmico, no qual o volume do sistema fechado permanece constante (V = const). Ele descreve o comportamento do gás dentro do recipiente, que não pode ser deformado. Como o volume permanece constante, a transferência de calor para dentro ou para fora do sistema não funciona , mas altera apenas a energia interna (a temperatura) do sistema.
Na engenharia de motores de combustão interna , os processos isocóricos são muito importantes para seus ciclos termodinâmicos (ciclo Otto e Diesel), portanto, o estudo desse processo é crucial para a engenharia automotiva.
Exemplo de processo isocórico – adição de calor isocórico
Vamos assumir o ciclo Otto , que é um dos ciclos termodinâmicos mais comuns encontrados em motores de automóveis . Este ciclo pressupõe que a adição de calor ocorra instantaneamente ( entre 2 → 3 ) enquanto o pistão está no ponto morto superior. Esse processo é considerado isocórico.
Os processos 2 → 3 e 4 → 1 são processos isocóricos , nos quais o calor é transferido para o sistema entre 2 → 3 e para fora do sistema entre 4 → 1. Durante esses processos, nenhum trabalho é realizado no sistema ou extraído do sistema . O processo isocórico 2 → 3 pretende representar a ignição da mistura combustível-ar e a subsequente queima rápida.
Processo isocórico – principais característicasPara uma massa fixa de gás em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.
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Para um gás ideal e um processo politrópico, o caso n ➝ ∞ corresponde a um processo isocórico (volume constante). Em um diagrama pV, o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal que possui a equação V = constante. Engenharia Térmica
Processo Isocórico – Equação Ideal de Gás
Um processo isocórico é um processo termodinâmico, no qual o volume do sistema fechado permanece constante (V = const). Ele descreve o comportamento do gás dentro do recipiente, que não pode ser deformado. Como o volume permanece constante, a transferência de calor para dentro ou para fora do sistema não funciona em p∆V , mas apenas altera a energia interna (a temperatura) do sistema. Para um gás ideal e um processo politrópico , o caso n ➝ ∞ corresponde a um processo isocórico (volume constante) .
Vamos assumir uma adição de calor isocórico em um gás ideal. Num gás ideal , as moléculas não têm volume e não interagem. De acordo com a lei ideal dos gases , a pressão varia linearmente com a temperatura e a quantidade e inversamente com o volume .
pV = nRT
Onde:
p é a pressão absoluta do gás
n é a quantidade de substância
T é a temperatura absoluta
V é o volume
R é a constante de gás ideal, ou universal, igual ao produto da constante de Boltzmann e da constante de Avogadro,
Nesta equação, o símbolo R é uma constante chamada constante universal de gás que tem o mesmo valor para todos os gases – ou seja, R = 8,31 J / mol K.
O processo isocórico pode ser expresso com a lei dos gases ideais como:
ou
Em um diagrama pV , o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal que possui a equação V = constante.
O trabalho de volume de pressão pelo sistema fechado é definido como:
Como o processo é isocórico , dV = 0 , o trabalho pressão-volume é igual a zero . De acordo com o modelo de gás ideal, a energia interna pode ser calculada por:
∆U = mc v ∆T
onde a propriedade c v (J / mol K) é referida como calor específico (ou capacidade de calor ) a um volume constante porque, sob certas condições especiais (volume constante), relaciona a mudança de temperatura de um sistema à quantidade de energia adicionada por transferência de calor.
Como não há trabalho realizado pelo ou no sistema, a primeira lei da termodinâmica determina ∆U = ∆Q. Portanto:
Processo isocórico – principais característicasPara uma massa fixa de gás em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.
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Processo isocórico – processo isométrico. Um processo isocórico é um processo termodinâmico, no qual o volume do sistema fechado permanece constante (V = const). Engenharia Térmica
Processo Isocórico – Processo Isométrico
Um processo isocórico é um processo termodinâmico, no qual o volume do sistema fechado permanece constante (V = const). Ele descreve o comportamento do gás dentro do recipiente, que não pode ser deformado. Como o volume permanece constante, a transferência de calor para dentro ou para fora do sistema não funciona , mas altera apenas a energia interna (a temperatura) do sistema.
Para um gás ideal e um processo politrópico , o caso n ➝ ∞ corresponde a um processo isocórico (volume constante) . Ao contrário do processo adiabático , em que n = e um sistema não troca calor com o ambiente (Q = 0; W ≠ 0 ) , em um processo isocórico ocorre uma mudança na energia interna (devido a ∆T ≠ 0) e portanto ΔU ≠ 0 (para gases ideais) e (Q ≠ 0; W = 0 ).
Na engenharia de motores de combustão interna , os processos isocóricos são muito importantes para seus ciclos termodinâmicos (ciclo Otto e Diesel), portanto, o estudo desse processo é crucial para a engenharia automotiva.
Nesta equação, dW é igual a dW = pdV e é conhecido como trabalho de fronteira . Então:
dU = dQ – pdV
No processo isocórico e no gás ideal, todo o calor adicionado ao sistema será usado para aumentar a energia interna.
Processo isocórico (pdV = 0):
dU = dQ (para gás ideal)
Processo isocórico – principais característicasPara uma massa fixa de gás em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.
Vamos assumir uma adição de calor isocórico em um gás ideal. Num gás ideal , as moléculas não têm volume e não interagem. De acordo com a lei ideal dos gases , a pressão varia linearmente com a temperatura e a quantidade e inversamente com o volume .
pV = nRT
Onde:
p é a pressão absoluta do gás
n é a quantidade de substância
T é a temperatura absoluta
V é o volume
R é a constante de gás ideal, ou universal, igual ao produto da constante de Boltzmann e da constante de Avogadro,
Nesta equação, o símbolo R é uma constante chamada constante universal de gás que tem o mesmo valor para todos os gases – ou seja, R = 8,31 J / mol K.
O processo isocórico pode ser expresso com a lei dos gases ideais como:
ou
Em um diagrama pV , o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal que possui a equação V = constante.
O trabalho de volume de pressão pelo sistema fechado é definido como:
Como o processo é isocórico , dV = 0 , o trabalho pressão-volume é igual a zero . De acordo com o modelo de gás ideal, a energia interna pode ser calculada por:
∆U = mc v ∆T
onde a propriedade c v (J / mol K) é referida como calor específico (ou capacidade de calor ) a um volume constante porque, sob certas condições especiais (volume constante), relaciona a mudança de temperatura de um sistema à quantidade de energia adicionada por transferência de calor.
Como não há trabalho realizado pelo ou no sistema, a primeira lei da termodinâmica determina ∆U = ∆Q. Portanto:
Para uma massa fixa de gás em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura Kelvin.
Isso significa que, por exemplo, se você dobrar a temperatura, dobrará a pressão. Se você reduzir pela metade a temperatura, reduzirá a pressão pela metade.
Você pode expressar isso matematicamente como:
p = constante. T
Sim, parece ser idêntico ao processo isocórico do gás ideal. Esses resultados são totalmente consistentes com a lei ideal dos gases, que determina que a constante é igual a nR / V. Se você reorganizar a equação pV = nRT dividindo os dois lados por V, obterá:
p = nR / V. T
onde nR / V é constante e:
p é a pressão absoluta do gás
n é a quantidade de substância
T é a temperatura absoluta
V é o volume
R é a constante de gás ideal, ou universal, igual ao produto da constante de Boltzmann e da constante de Avogadro
Exemplo de processo isocórico – adição de calor isocórico
Vamos assumir o ciclo Otto , que é um dos ciclos termodinâmicos mais comuns encontrados em motores de automóveis . Este ciclo pressupõe que a adição de calor ocorra instantaneamente ( entre 2 → 3 ) enquanto o pistão está no ponto morto superior. Esse processo é considerado isocórico.
Os processos 2 → 3 e 4 → 1 são processos isocóricos , nos quais o calor é transferido para o sistema entre 2 → 3 e para fora do sistema entre 4 → 1. Durante esses processos, nenhum trabalho é realizado no sistema ou extraído do sistema . O processo isocórico 2 → 3 destina-se a representar a ignição da mistura combustível-ar e a subsequente queima rápida.
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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.
Curva isobárica – Isobar – pV Diagram. Em um diagrama pV, o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal (chamada isobar) que possui a equação p = constante
Processo isobárico
Um processo isobárico é um processo termodinâmico , no qual a pressão do sistema permanece constante (p = const). A transferência de calor para dentro ou para fora do sistema funciona, mas também altera a energia interna do sistema.
Em um diagrama de pV , o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal (chamada isobar) que possui a equação p = constante.
Em um diagrama de pV, o processo ocorre ao longo de uma linha horizontal (chamada isobar) que possui a equação p = constante.
Processo isobárico – principais característicasPara uma massa fixa de gás a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura Kelvin. Fonte: grc.nasa.gov A política de direitos autorais da NASA afirma que “o material da NASA não é protegido por direitos autorais, a menos que seja observado”.
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Exemplo de processo isobárico – adição de calor isobárico. Vamos supor uma adição de calor isobárica em um gás ideal. Calcule o calor adicionado pelo trocador de calor. Engenharia Térmica
Exemplo de processo isobárico – adição de calor isobárico
O ciclo de Brayton ideal consiste em quatro processos termodinâmicos. Dois processos isentrópicos e dois processos isobáricos.
Vamos supor o ciclo de Brayton ideal que descreve o funcionamento de uma máquina de calor de pressão constante . Os motores modernos de turbina a gás e os motores a jato de respiração respiratória também seguem o ciclo de Brayton.
O ciclo de Brayton ideal consiste em quatro processos termodinâmicos. Dois processos isentrópicos e dois processos isobáricos.
compressão isentrópica – o ar ambiente é aspirado para o compressor, onde é pressurizado (1 → 2). O trabalho necessário para o compressor é dado por W C = H 2 – H 1 .
adição de calor isobárico – o ar comprimido então passa por uma câmara de combustão, onde o combustível é queimado e o ar ou outro meio é aquecido (2 → 3). É um processo de pressão constante, uma vez que a câmara está aberta para entrar e sair. O calor líquido adicionado é dado por Q add = H 3 – H 2
expansão isentrópica – o ar aquecido e pressurizado então se expande na turbina, desistindo de sua energia. O trabalho realizado pela turbina é dado por W T = H 4 – H 3
rejeição de calor isobárico – o calor residual deve ser rejeitado para fechar o ciclo. O calor líquido rejeitado é dado por Q re = H 4 – H 1
Suponha uma adição de calor isobárica (2 → 3) em um trocador de calor. Em turbinas a gás típicas, o estágio de alta pressão recebe gás (ponto 3 na figura; p 3 = 6,7 MPa ; T 3 = 1190 K (917 ° C)) de um trocador de calor. Além disso, sabemos que o compressor recebe gás (ponto 1 na figura; p 1 = 2,78 MPa ; T 1 = 299 K (26 ° C)) e sabemos que a eficiência isentrópica do compressor é η K = 0,87 (87 %) .
Calcule o calor adicionado pelo trocador de calor (entre 2 → 3).
Solução:
Pela primeira lei da termodinâmica , o calor líquido adicionado é dado por Q add = H 3 – H 2 ou Q add = C p . (T 3 -T 2s ), mas neste caso não sabemos a temperatura (T 2s ) na saída do compressor. Vamos resolver esse problema em variáveis intensivas. Temos que reescrever a equação anterior (para incluir η K ) usando o termo (+ h 1 – h 1 ) para:
Q add = h 3 – h 2 = h 3 – h 1 – (h 2s – h 1 ) / η K
Q add = c p (T 3 -T 1 ) – (c p (T 2s -T 1 ) / η K )
Em seguida, calcularemos a temperatura, T 2s , usando p, V, Relação T para o processo adiabático entre (1 → 2).
Nesta equação, o fator para hélio é igual a = c p / c v = 1,66 . Da equação anterior segue que a temperatura de saída do compressor, T2s , é:
Q add = c p (T 3 -T 1 ) – (c p (T 2s -T 1 ) / η K ) = 5200. (1190 – 299) – 5200. (424-299) / 0,87 = 4,633 MJ / kg – 0,747 MJ / kg = 3,886 MJ / kg
Processo isobárico – características principaisPara uma massa fixa de gás a pressão constante, o volume é diretamente proporcional à temperatura Kelvin. Fonte: grc.nasa.gov A política de direitos autorais da NASA afirma que “o material da NASA não é protegido por direitos autorais, a menos que indicado”.
Exemplo: Pistão sem fricção - Calor - Entalpia
Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.
Um pistão sem atrito é usado para proporcionar uma pressão constante de 500 kPa num cilindro contendo vapor ( vapor sobreaquecido ) de um volume de 2 m 3 a 500 K . Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.
Solução:
Usando tabelas de vapor , sabemos que a entalpia específica desse vapor (500 kPa; 500 K) é de cerca de 2912 kJ / kg . Como nessa condição o vapor tem densidade de 2,2 kg / m 3 , sabemos que há cerca de 4,4 kg de vapor no pistão com entalpia de 2.912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .
Quando usamos simplesmente Q = H 2 – H 1 , a entalpia de vapor resultante será:
H 2 = H 1 + Q = 15812 kJ
A partir das tabelas de vapor , esse vapor superaquecido (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) terá uma temperatura de 828 K (555 ° C) . Visto que nesta entalpia o vapor tem densidade de 1,31 kg / m 3 , é óbvio que ele se expandiu em cerca de 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Portanto, o volume resultante é 2 m 3 x 1,67 = 3,34 m 3 e ∆V = 3,34 m 3 – 2 m 3 = 1,34 m 3 .
A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:
