quarta-feira, 21 de novembro de 2012

Ciclo de Carnot de refrigeração


O ciclo da máquina térmica de Carnot é um ciclo totalmente reversível e se todos os processos forem invertidos, ele se torna o ciclo de Carnot de refrigeração. De fato, o ciclo permanece exatamente o mesmo, exceto pelas direções das interações de calor e trabalho que são invertidas, conforme o diagrama P-V da Fig.18:
·         uma quantidade de calor QF  é removida do reservatório a baixa temperatura;
·         uma quantidade de calor Qé rejeitada para um reservatório a alta temperatura; e
·         trabalho líquido Wliq;e é necessário para realizar o ciclo

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segunda-feira, 19 de novembro de 2012

HOLONS E HOLONIC MANUFACTURING SYSTEMS


Koestler (1968) introduziu a palavra holon para descrever a unidade básica de organização de sistemas em organismos vivos e em organizações sociais, baseado em teorias de Herbert Simon e em suas observações. Koestler concluiu que as partes e o todo não existem no domínio da vida, e propôs a palavra holon para representar esta natureza híbrida, sendo uma combinação da palavra grega holos, que significa inteiro, e do sufixo on, que significa partícula

(CHRISTENSEN, 2003).

Desse modo, um holon combina o todo e a parte, sendo simultaneamente o próprio todo com suas partes subordinadas e, partes dependentes quando vistas de níveis mais elevados. A recursividade proveniente da propriedade que um holon pode ser parte de um outro holon, permitindo representar um holon por outros holons, que por sua vez também podem ser representados por outros holons, permite o tratamento da complexidade de um problema (Fig.1) (LEITÃO; RESTIVO, 2006; GIRET; BOTTI, 2004).

Figura 1 - Recursidade em sistemas holônicos (adaptado de Leitão e Restivo (2006)).

Koestler identificou também duas características importantes de um holon: autonomia, em que a estabilidade do holon resulta de sua habilidade de agir de forma autônoma em caso de circunstâncias imprevisíveis, e cooperação, que é a habilidade de combinação dos holons para
atingir objetivos comuns, transformando estes holons em componentes eficazes maiores, i.e., holarquias. Uma holarquia é definida como um sistema de holons cooperando para atender objetivos, combinando suas habilidades e conhecimento individual, tendo cada holarquia regras e diretrizes definidas. Os holons podem formar uma holarquia e, ao mesmo tempo, preservar sua autonomia e individualidade e dinamicamente pertencer a várias holarquias.

Na Fig.2 tem-se uma representação onde elipses maiores formam holarquias formadas por holons (PrH, StH, SuH e OpH) (SILVA et al., 2012). Os comportamentos e as atividades dos holons são determinados pela cooperação e interação com outros holons, ao contrário de ser determinado por um mecanismo centralizado. Assim, holarquias são simultaneamente um todo independente subordinadas às suas partes e peças dependentes quando visto a partir de níveis mais elevados, e esta organização tem diferenças importantes do conceito tradicional de hierarquias em sistemas de controle. (WINKLER; MEY, 1994; CHRISTENSEN, 2003; GIRET; BOTTI, 2004; HSIEH, 2009).


Figura 2 - Holons e Holarquias
Fonte: (SILVA et al., 2012)

Holonic manufacturing system (HMS)Consortium (CHRISTENSEN, 2003) trabalhou na aplicação dos conceitos de Koestler para propor uma nova geração de sistemas de manufatura (SMs) e seus controles, fornecendo uma ontologia específica e precisa, e demonstrando ótima
adaptação desses conceitos às tradicionais atividades produtivas. De acordo com o HMS-Consortium, um holon consiste num equipamento de produção capaz de executar as
operações de produção associado a um componente inteligente. HMSs sugerem a idéia que os
sistemas de manufatura (SMs) necessitam ter uma estrutura hierárquica além do aumento de autonomia representado por entidades individuais distribuídas. A estrutura recursiva associado ao conceito de holarquias é bastante adequada a SM,  tornando possível o desenvolvimento estrutural dos sistemas de controle de produção através do encapsulamento de funções de produção e componentes. Por exemplo, uma holarquia que representa uma célula de produção é ao mesmo tempo o todo, encapsulando holons que representam os recursos do chão de fábrica, e uma parte que em conjunto com outras células formam o SM, e assim por diante de acordo com a necessidade do projeto.

Assim, o HMS é uma holarquia que integra todas as atividades produtivas, onde os holons podem cooperar para atingir os objetivos de produção, combinando suas habilidades e conhecimentos individuais. Os holons são concebidos numa estrutura hierárquica, mas têm comportamentos autônomos e atividades que são determinados através da cooperação com outros holons. Um holon pode representar uma atividade física ou lógica, tal como um robô, uma máquina, uma ordem, um sistema de manufatura flexível, ou mesmo um operador humano. O holon tem a informação sobre si mesmo e o seu ambiente, contendo uma parte do processamento de informação e uma parte do processamento físico quando o holon representa um dispositivo, tal como um robô.


Palavras-chave:

sexta-feira, 16 de novembro de 2012

Ciclo de Carnot


O trabalho líquido e a eficiência de um ciclo de uma máquina térmica podem ser maximizados com o uso de processos que exijam o mínimo de trabalham e resultem no máximo de trabalho, ou seja, usando processos reversíveis.

Na prática, ciclos reversíveis não podem ser realizados, pois as irreversibilidades associadas aos processos não podem ser eliminadas, entretanto, os ciclos reversíveis representam os limites superiores para o desempenho dos ciclos reais. Assim, os ciclos reversíveis servem como modelo com os quais podem ser comparados os refrigerados e máquinas térmicas reais.

Em 1824, o engenherio francês Sadi Carnot, propôs o ciclo, composto por quatro processos reversíveis, que leva seu nome: ciclo de Carnot. A máquina térmica teórica que operada segundo este ciclo é chamada de máquina térmica de Carnot. Por ser um ciclo reversível, o ciclo de Carnot é o mais eficiente a operar entre dois limites de temperatura, e mesmo que não possa ser executado na realidade, a eficiência dos ciclos reais pode s ser melhorada quanto mais se aproximar do ciclo de Carnot.


Na Fig.16 tem-se um sistema fechado composto de um gás dentro de um arranjo pistão-cilindro adiabático. Os quatro processos são:
·         expansão isotérmica reversível (processo 1-2, TQ = constante): o gás é expandido lentamente da posição 1 realizando trabalho sobre a vizinhança, e mantendo-se constante a temperatura até que o pistão atinja a posição 2. Para manter a temperatura constante, uma quantidade de calor QQ é transferido durante o processo;
·         expansão adiabática reversível(processo 2-3, 4Q = 0 e a temperatura cai de TQ para TF): o gás continua se expandir lentamente (do estado 2), realizando trabalho sobre a vizinhança, até que a temperatura caia de TQ para TF (no estado 3). Considerando-se que o pistão é sem atrito e o processo de quase-equilíbrio, o processo é reversível e adiabático;
·         compressão isotérmica reversível(processo 3-4, TF = constante): no estado 3, o pistão é empurrado lentamente por uma força externa até o estado 4, realizando trabalho sobre o gás. A temperatura do gás permanece constante a TF e o calor total rejeitado pelo gás é QF;
·         compressão adiabática reversível (processo 4-1, a temperatura se eleva de TF para TQ): o gás é comprimido de maneira reversível, a temperatura sobe até TQ e o ciclo é completado voltando ao estado inicial 1.



O diagrama P-V do ciclo é mostrado na Fig.17, onde a área sob a curva do processo representa o trabalho de fronteira. A área sob a curva 1-2-3 é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão do ciclo, e a área sob a curva 3-4-1 é o trabalho realizado sobre o gás durante a parte de compressão do ciclo. O trabalho líquido realizado é a área 1-2-3-4-1 compreendida pelas curvas do ciclo.




















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quarta-feira, 14 de novembro de 2012

Curso Termodinâmina - Processo Reversível e Processo Irreversível





















Figura 14 - Exemplo de atrito num processo
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Um processo reversível para um sistema é definido como aquele que, tendo ocorrido, pode ser revertido sem deixar qualquer vestígio no sistema e nas vizinhanças. O processos que não é reversível é denominado processo irreversível.
Na verdade, processos reversíveis não ocorrem na natureza, são meras idealizações de processos reais. Podem ser aproximados por dispositivos reais, mas não podem ser realizados.
Os processos reversíveis podem ser vistos como limites teóricos dos processos irreversíveis correspondentes. Dessa forma, pode-se considerar que alguns processos são mais irreversíveis que outros. Quanto mais próximo estiver um processo de ser considerado reversível, maior será o trabalho obtido ou menor será o trabalho consumido de um dispositivo produtor ou consumidor, respectivamente.

1.10.1 Fatores que tornam irreversível um processo

Há muitos fatores que causam irreversibilidades nos processos, por exemplo: atrito, expansão
não-resistida, mistura de dois fluidos, transferência de calor com uma diferença de temperatura finita, resistência elétrica, deformação inelástica de sólidos e reações químicas. Atrito é uma irreversibilidade associada a corpos em movimento, como num caso do pistão e cilindro da Fig.14, onde há uma força de atrito na direção contrária ao movimento. Neste exemplo, a energia fornecida na forma de trabalho é convertida em calor na interface de contato, mas quando a direção é invertida a interface não se resfria e o calor não é convertido em trabalho.

Em vez disso, mais trabalho é convertido em calor. Quanto maiores as forças de atrito, mais irreversível será o processo. O atrito pode ocorrer tanto entre dois corpos sólidos, como entre um fluido e um sólido e mesmo entre fluidos que se movimentem com diferentes velocidades.

Um gás ao se expandir preencherá o espaço em sua volta. A única maneira de restaurar o sistema é comprimi-lo até o volume inicial, e ao mesmo tempo transferir calor do gás até atingir a temperatura inicial. Para restaurar a vizinhança ao estado original, seria necessário converter todo esse calor em trabalho, o que violaria a segunda lei da Termodinâmica, portanto, expansão não resistida de um gás é uma irreversibilidade.

O processo apresentado na Seção 1.1 e ilustrado na Fig.1 ocorreu com a transferência de calor com uma diferença de temperatura finita. Depois de executados, tais processos não podem ser revertidos, espontaneamente, i.e., depois que uma xícara de café quente esfria, ela não se reaquece, recuperando ao ambiente o calor perdido. Mesmo que seja fornecido calor a xícara, ao final do processo inverso, a xícara terá voltado ao estado inicial, mas a vizinhança não.

Um processo é chamado de internamente reversível se não ocorrer nenhuma irreversibilidade internamente às fronteiras do sistema durante o processo, e de externamente reversível se não ocorrer irreversibilidade fora das fronteiras. Um processo é chamado de reversível se não existir nenhuma irreversibilidade dentro do sistema ou na vizinhança.


Considere o exemplo da Fig.15, um processo de transferência de calor para dois sistemas que passam por mudança de fase à pressão e temperatura constante. Os dois processos são internamente reversíveis, pois ambos acontecem de maneira isotérmica e passam exatamente pelos mesmos estados de equilíbrio. O primeiro processo é externamente reversível, pois a transferência de calor durante este processo acontece com uma diferença de temperatura infinitesimais dT. O segundo processo é externamente irreversível, pois envolve transferência de calor numa diferença de temperatura DT.















Figura 15 - Processos de transferência de calor
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)



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domingo, 28 de outubro de 2012

Coeficiente de Performance



Coeficiente de Performance
Coeficiente de Performance, Bomba de Calor, Refrigerador
Coeficiente de Performance, Bomba de Calor, Refrigerador


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BOMBA DE CALOR



BOMBA DE CALOR

Figura 11 - Esquema de uma bomba de calor
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)
 
Bomba de calor é outro dispositivo que transfere calor de um meio com temperatura baixa para outro com temperatura alta, como refrigeradores funcionando com um mesmo ciclo, mas com objetivos diferentes. Ou seja, enquanto refrigeradores buscam manter o espaço refrigerado removendo calor deste espaço, a bomba de calor busca manter o espaço aquecido a uma temperatura alta.
 
Conforme esquema na Fig.11 a bomba de calor remove o calor de uma fonte a baixa temperatura e fornece calor a um meio a alta temperatura.
 

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Refrigerador



Refrigerador

Figura 9 - Sistema de refrigeração e seus componentes básicos
Fonte: (WYLEN, 1992)
 
Refrigerador é um dispositivo cíclico que permite a transferência de calor de um meio a baixa temperatura para um meio a alta temperatura. O fluido de trabalho usado no ciclo de refrigeração é chamado de refrigerante. Na Fig.9 está ilustrado um ciclo de refrigeração por compressão de vapor que tem quatro componentes: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
 
O refrigerante entra no compressor na forma de vapor sendo comprimido à pressão do condensador. O vapor deixa o compressor numa temperatura relativamente alta e se resfria e condensa à medida que escoa pelo condensador, rejeitando calor para o meio circundante. Em seguida, o refrigerante entra num tubo capilar, onde sua pressão e temperatura caem drasticamente. Então, o refrigerante a baixa temperatura entra no evaporador e evapora ao
retirar calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigente deixa o evaporador e torna a entrar no compressor.
 
Na Fig.10 tem-se o esquema de um refrigerador, onde:
  • QF é o calor removido do espaço refrigerado à temperatura TF;
  • Qé o calor rejeitado para o ambiente quente à temperatura TQ; e
  • Wliq,e é o trabalho líquido fornecido ao refrigerador.
 
Figura 10 - Esquema de um sistema de refrigeração
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)
 

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ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK



ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK

Figura 8 - Enunciado de Kelvin Planck 

Fonte: (WYLEN; SONNTAG; BORGNAKKE, 2000)
 
É impossível para qualquer dispositivo que opera num ciclo receber calor de um único reservatório e produzir uma quantidade líquida de trabalho.
 
Este enunciado estabelece que é impossível construir uma máquina térmica que opere num ciclo e que receba uma determinada quantidade de calor de um corpo a alta temperatura e produza igual quantidade de trabalho (Fig.8). A única alternativa é que alguma quantidade de calor deve ser transferida do uido de trabalho a baixa temperatura para um corpo a baixa temperatura. Dessa maneira, um ciclo só pode produzir trabalho se estiverem envolvidos dois níveis de temperatura e o calor for transferido do corpo a alta temperatura para a máquina térmica e também desta máquina térmica para o corpo a baixa temperatura. Em outras palavras, é impossível construir um máquina térmica que apresente e ciência térmica igual a 100%
 

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quinta-feira, 25 de outubro de 2012

Eficiência Têrmica



Eficiência Têrmica

Na Eq.2 (acima) Qs nunca é zero, portanto, apenas uma fração do calor transferido para a máquina térmica é convertida em trabalho líquido. Esta fração é chamada de eficiência térmica e está expressa nas Equações 3 e 4.

Dispositivos cíclicos como máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor, operam entre reservatórios de alta e baixa temperaturas, conforme a Fig. 7, onde:
·         Q= calor transferido do reservatório de alta temperatura (TQ) para o dispositivo
·         QF = calor transferido do dispositivo para o reservatório de baixa temperatura (TF)
Figura 7 - Esquema de um máquina térmica entre reservatórios de alta e baixa temperatura
Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Assim, o trabalho líquido pode ser obtido da Eq. 5. Observe que os valores de QQe QF estão entre módulos e que a eficiência de uma máquina térmica é sempre menor que 1.
As eficiências térmicas são relativamente baixas, por isso, quase metade da energia fornecida termina em rios, lagos ou atmosfera. Por exemplo:
·         para motores de ignição por centelha a gasolina a eficiência é de cerca de 0,25;
·         para motores a diesel 0,40; e
·         para turbinas é de cerca de 0,60.

Exercício Resolvido:


A potência no eixo do motor de um automóvel é 136 HP e a e ficiência térmica do motor é igual a 30%. Sabendo que a queima do combustível fornece 35000 kJ/kg ao motor, determine a taxa de transferência de calor para o ambiente e a vazão mássica de combustível consumido em kg/s.
Exercicio resolvido eficiência têrmica, máquinas térmicas, termodinâmica



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LaTeX - Dica rápida - o símbolo % (porcentagem)




LaTeX - Dica rápida - o símbolo % (porcentagem)
\% produz o caráter % (porcentagem) no documento final.

% é o caráter especial do TeX que inicia um comelatentário. O que estiver à direita dele e até o final da linha será ignorado pelo TeX.


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quarta-feira, 24 de outubro de 2012

Criar Sites - Dica rápida - LaTeX - Inserir uma função



Dica rápida - LaTeX - Inserir uma função

Há dois comandos para inserir uma fração no texto em LATEX:
$\frac{a}{b}$ 
$\dfrac{a}{b}$ 
A diferença está no tamanho que cada um ocupa. No primeiro caso, a fração se ajusta ao tamanho da linha. 
No segundo, a fração ocupa seu espaço independente do espaçamento na linha.



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segunda-feira, 22 de outubro de 2012

Máquinas Térmicas



Máquinas Térmicas

Figura 3 - Fonte e Sumidouro
 
Ao desenvolver a Segunda Lei da Termodinâmica, é interessante inicialmente o entendimento de reservatórios de energia e máquinas térmicas.
 
RESERVATÓRIOS DE ENERGIA TÉRMICA
 
Grandes corpos de água como os oceanos, lagos e rios, bem como o ar atmosférico, podem ser modelados como reservatórios de energia térmica (ou simplesmente reservatório), que são corpos com uma capacidade de energia térmica (massa x calor especí co) relativamente grande. Estes reservatórios podem fornecer ou remover quantidades nitas de calor sem sofrer qualquer variação de temperatura. Um reservatório que fornece energia na forma de calor é chamado de fonte, e um reservatório que recebe energia é chamado de sumidouro Fig.3.
 
Na verdade, todo corpo cuja capacidade de energia térmica seja grande com relação à quantidade de energia que ele fornece ou remove pode ser modelado como um reservatório. Por exemplo, o ar de uma sala na análise da dissipação de calor de um aparelho de TV, pois a quantidade calor transferido pela TV para o ar da sala não é su cientemente grande para gerar um efeito perceptível sobre a temperatura da sala.
 
MÁQUINAS TÉRMICAS
 
Considere o sistema ilustrado na Fig. 4, como mencionado anteriormente, o trabalho mecânico realizado pelo eixo é convertido em energia interna da água que por sua vez pode ser retirada da água sob a forma de calor. O processo inverso não ocorrerá, pois se transferirmos calor de volta para a água, isto não fará o eixo girar.
 
eixo realizando trabalho num reservatório de água, máquinas térmicas
 
Figura 4 - Trabalho mecânico é convertido em calor, mas o processo inverso não ocorrerá.
 
Máquinas térmicas (vide esquema na Fig.5) são dispositivos que fazem a conversão de calor em trabalho, e tem as seguintes características:
 
  • recebem calor de uma fonte à alta temperatura (energia solar, combustão de um gás, etc.);
  • convertem parte de calor em trabalho em geral, com um eixo rotativo;
  • rejeitam o restante do calor para um sumidouro à baixa temperatura; e
  • operam num ciclo.

esquema de uma máquina térmica
Figura 5 - Esquema de uma máquina térmica
 
A usina à vapor é uma máquina térmica de combustão externa (i.e. a combustão ocorre fora da máquina) e a energia térmica liberada durante esse processo é transferida para o vapor sob a forma de calor. O esquema na Fig.6 ilustra um exemplo que tem variáveis, onde:
  • Qc é a quantidade de calor fornecida ao vapor na caldeira a partir de uma fonte de alta temperatura;
  • Qs é a quantidade de calor rejeitada pelo vapor no condensador;
  • Ws é o trabalho realizado pelo vapor à medida que se expande na turbina; e
  • We é o trabalho necessário para comprimir a água até a pressão da caldeira.
O fluido utilizado para transferir e receber calor numa máquina térmica, que neste exemplo da usina é o próprio vapor, é chamado de fl uido de trabalho.
O trabalho líquido dessa usina é simplesmente a diferença entre os totais de saída e entrada de trabalho, conforme a Eq. 1.
 
calculo do trabalho numa maquina termica em funcao do trabalho                    (1)
 
 
esquema de uma usina de vapor
Figura 6 - Esquema de um usina de vapor
 
O trabalho líquido (Wliq;s) também pode ser determinado em função da transferência de calor, pois esta usina pode ser analisada como um sistema fechado, conforme Eq.2. Considerando a fronteira do sistema indicado na Fig. 6, tem-se portanto que a variação de energia interna  é zero, assim tem-se
calculo trabalho numa maquina termica em funçao do calor                 (2)

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Concurso público - UFF - professor adjunto - 1 vaga - inscrição até 28/10/2012



O Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal Fluminense (UFF) está com inscrições abertas para vaga de professor adjunto em regime de 40 horas e dedicação exclusiva. Informações sobre o concurso podem ser encontradas no seguinte link:

https://sistemas.uff.br/cpd/concurso/informacoesPublicaConcurso.cpd

As inscrições estão abertas, vão até o dia 28/10/2012, e podem ser feitas via internet no seguinte endereço: https://sistemas.uff.br/cpd/.

O concurso consistirá de três etapas (prova de conteúdo, prova didática e prova de títulos). A prova de conteúdo será dividida em duas avaliações: uma prova escrita, correspondente a 40% da nota de conteúdo, e uma prova prática, que consistirá na elaboração e apresentação de projeto de pesquisa na área de Sistemas de Energia Elétrica, a qual representará 60% da nota de conteúdo.

A elaboração e apresentação de projeto de pesquisa têm por objetivo identificar candidatos com perfil para desenvolvimento de pesquisas na área de Sistemas de Energia Elétrica visando consolidar os grupos de pesquisa existentes. O Departamento de Engenharia Elétrica vem passando por um processo de renovação e mudança de perfil, e neste sentido, consideramos fundamental o aproveitamento de candidatos com capacidade para alavancar nossas atividades de pesquisa visando a criação em futuro próximo de um Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica.

A ementa e bibliografia do concurso seguem abaixo:

EMENTA:
1 - Aplicação de elementos passivos em circuitos; 2 - Análise de circuitos CC em regime permanente e transitório; 3 - Aplicação de filtros; 4 - Métodos de análise em circuitos elétricos; 5 - Sistemas polifásicos; 6 - Potência e energia; 7 - Análise de circuitos CA em regime permanente e transitório; 8 - Quadripolos; 9 - Análise de circuitos no domínio da frequência; 10 - Circuitos magnéticos.

BIBLIOGRAFIA:
1 - Introdução à Análise de Circuitos, R.L. Boylestad, 12a. Edição, Pearson, 2012; 2 - Circuitos Lineares, C.M. Close, LTC, 1990; 3 - Circuitos Elétricos, V.C. Meirelles, LTC, 2007.

A definição de ementa e bibliografia básicas tem por objetivo permitir que candidatos com atuação em diferentes linhas de pesquisa na área de Sistemas de Energia Elétrica possam participar do concurso.

O Departamento de Engenharia Elétrica da UFF está localizado no Campus da Praia Vermelha no bairro de São Domingos em Niterói, RJ. A cidade de Niterói apresenta o maior índice de desenvolvimento humano (IDH) do Estado do Rio de Janeiro e o terceiro maior do Brasil, oferecendo uma ampla rede de serviços (colégios, hospitais, shoppings, comércio) e opções de lazer (cinema, teatro, bares, restaurantes, praias), além da proximidade com a capital.

As principais empresas do setor elétrico (ELETROBRÁS, Furnas, ONS) e do setor energético (PETROBRAS, EPE) estão sediadas no Rio de Janeiro, oferecendo a possibilidade de estabelecimento de parcerias para realização de pesquisas. Além disso, recentemente o governo do Estado do Rio de Janeiro criou o projeto Rio Capital da Energia, que prevê investimentos que totalizam R$ 500 milhões até o ano de 2015. Neste cenário, o Rio de Janeiro se apresenta como um pólo atrativo para realização de pesquisas na área de Sistemas de Energia Elétrica.

 


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