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:

• Q_F é o calor removido do espaço refrigerado à temperatura T_F;
• Q_Q é o calor rejeitado para o ambiente quente à temperatura T_Q; e
• W_liq,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

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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Eficiência Têrmica

Na Eq.2 (acima) Q_s 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_Q = calor transferido do reservatório de alta temperatura (T_Q) para o dispositivo

·         Q_F = calor transferido do dispositivo para o reservatório de baixa temperatura (T_F)

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 Q_Qe Q_F 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.

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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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Criar Sites - 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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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.

 

 

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.

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.

 

                    (1)

 

 

Figura 6 - Esquema de um usina de vapor

 

O trabalho líquido (W_liq;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

                 (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.

 

Palavras-chave:

 

concurso público engenharia | docente | uff | sistemas de energia elétrica | inscrição até 28/10/2012

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