MÁQUINAS TÉRMICAS,
HIDRÁULICAS E
PNEUMÁTICAS
CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE
Calor SENSÍVEL: É o calor necessário para
alterações de temperatura (∆t ) para mais ou para menos (sem mudança de estado). É utilizada a fórmula da Equação fundamental da Calorimetria: Q = m . c . ∆t
Calor LATENTE: É o calor necessário para a
mudança de estado, não havendo alteração de temperatura nesta fase. É utilizada a fórmula da Equação fundamental da Calorimetria sem a variação da temperatura: Q = m . c (onde “c” é o calor latente para alteração de fase).
Portanto, quando um corpo cede ou recebe
calor, este pode produzir no corpo dois efeitos diferentes: variação de temperatura ou mudança de estado.
Se o efeito no corpo for apenas variação de
temperatura é chamado de Calor Sensível. Porém, se o efeito no corpo for de mudança de estado é chamado de Calor Latente.
MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO OU DE
FASE
A matéria pode apresentar-se em três
estados físicos:
Sólido Líquido Gasoso
UMA MESMA SUBSTÂNCIA PODE SER ENCONTRADA NA
NATUREZA NAS TRÊS FORMAS, CONFORME A TEMPERATURA E / OU PRESSÃO EM QUE SE ELA ENCONTRA:
AS MUDANÇAS DE ESTADO RECEBEM
NOMES ESPECIAIS:
Evaporação: Mudança de estado líquido
para estado gasoso lentamente em qualquer temperatura (apenas na superfície do líquido)
Ebulição: Mudança de estado líquido para
gasoso (elevando a temperatura até o ponto de ebulição) E.: Água fervendo.
Calefação: Mudança de estado líquido para
gasoso bruscamente numa temperatura maior que a temperatura de ebulição (Ex.: Jogar água em uma chapa aquecida)
Liquefação: Mudança de estado de gasoso
Fusão: Mudança de estado de sólido para
líquido (Ex.: Gelo passando para água).
Solidificação: Mudança de estado de líquido
para sólido (Ex.: Água passando para gelo) .
Sublimação: Mudança de estado de Sólido
para gasoso (Ex.: Naftalina)
Resublimação: Mudança de estado de
CÁLCULO DA QUANTIDADE DE CALOR
SENSÍVEL E LATENTE
Quando deseja-se elevar ou abaixar a
temperatura de uma determinada substância, onde a mesma irá também passar por mudança de fase, esta será calculada em separado e somados os resultados
EXEMPLO
Elevar a temperatura de 75 g de massa (m)
de água de -20 ºC até 40 ºC. Este cálculo ocorrera em 3 etapas, como pode-se ver no gráfico a seguir:
Desta forma, haverá um cálculo de -20 ºC
até 0 ºC (Calor sensível), a temperatura irá se manter constante até a fusão de toda a massa de água (calor latente de fusão) e haverá um cálculo para esta mudança de fase. Após, ocorrerá o aumento da temperatura de 0 ºC 40 ºC e um cálculo correspondente para este aumento de temperatura (calor sensível). Enfim, os 3 resultados deverão ser somados para se saber a quantidade de calor necessária para estas etapas.
EXERCÍCIO 1
Calcule as calorias necessárias para baixar a
temperatura de 1.250 g de massa de água de 135 ºC até 35 ºC:
Obs: Faça os cálculos e o gráfico representativo para os exercícios.
EXERCÍCIO 2
Calcule a quantidade de calor necessária
para elevar a temperatura de 1 litro de água de 25 ºC até 100 ºC:
TABELA PRÁTICA PARA CÁLCULO DE MUDANÇA DE TEMPERATURA E FASE (SÓLIDO, LÍQUIDO E
GASOSO)
Considere a situação conforme o gráfico
abaixo, de 3 faixas de elevação ou diminuição de temperatura (∆t) e 2 mudanças de estado (mudanças de fase):
Com o objetivo de facilitar o cálculo da
quantidade de calor necessária, utilizaremos a tabela a seguir, fazendo um cálculo de -10 ºC até 120 ºC de 250 g de massa de água, ao nível do mar:
EXERCÍCIO 3
Preencha a tabela de cálculo abaixo,
calculando a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de -34 ºC até 133 ºC de 1,50 litros de água ao nível do mar:
POTÊNCIA TÉRMICA
A potência térmica mede a rapidez com que
o calor é trocado entre dois corpos.
Para determinar a potência térmica de uma
fonte térmica que fornece uma quantidade de calor Q num intervalo de tempo ∆t, faz-se a razão entre as grandezas:
UNIDADES DE MEDIDAS DE POTÊNCIA
TÉRMICA
A potência é dada no SI por watt (W), mas
usualmente tem-se: cal/s; cal/min; kcal/min.
No Brasil, apesar de ser adepto ao Sistema
Internacional (SI), na área da refrigeração é muito comum se utilizar a unidade BTU / h.
EXERCÍCIO 4
Utilizando uma fonte de calor de 5 Kcal /
hora, quanto tempo levará para trocar 180 Kcal de uma determinada substância?
EXERCÍCIO 5
Quanto tempo levará para resfriar 50 litros
de água de um bebedouro de 30ºC para 5ºC utilizando um equipamento de capacidade igual a 20.000 BTU/h?
POTÊNCIA TÉRMICA – AR
CONDICIONADO
No ramo da atividade Refrigeração para cálculo de
dimensionamento de aparelhos, instalações, etc., utiliza-se a Tonelada de refrigeração (TR):
1 TR = 12.000 BTU
Para dimensionamento de um cômodo de uma
casa normal (altura do teto aproximadamente 3 metros, 1 TR tem capacidade de refrigerar um cômodo de 14 m², gastando um tempo aproximado de 1 hora para aclimatar todo o ambiente.
Em situações onde a altura do teto seja diferente
de 3 metros e haja outras interferências, como, portas abertas ou objetos que emitam fonte de calor considerável, pode-se adicionar um fator proporcional a estas variáveis.
EXERCÍCIO 6
Quanto tempo levará para Climatizar uma
sala de 3,5 metros X 4,5 metros utilizando um aparelho de ar condicionado de 8.000 BTU?
EXERCÍCIO 7
Calcular a quantidade de BTU necessária
para climatizar um auditório com 10 metros de largura por 25 metros de comprimento (altura do teto = 4,5 metros => fazer uma regra de três simples). Após, distribuir em quantidades de aparelhos de ar condicionado encontrados no mercado, considerando também uma boa distribuição dos aparelhos no ambiente.
TRANSMISSÃO DE CALOR
Transmissão de calor é a passagem de
energia térmica de um corpo para o outro, ou uma parte para o mesmo corpo. A transmissão de calor se dá dos pontos de maior temperatura para os de menor temperatura.
Enquanto a Calorimetria estuda
quantitativamente a troca de calor entre corpos de diferentes temperaturas, a Transmissão de Calor estuda o fluxo de energia através dos corpos em função do tempo.
FORMAS DE TROCAS DE CALOR:
Existem três formas de troca de calor: Condução ou Contato;
Convecção; Irradiação
CONDUÇÃO OU CONTATO
Esta transmissão se dá em
qualquer estado físico que um corpo se encontra, ou seja: sólido, líquido ou gasoso.
Os sólidos são melhores condutores
que os líquidos que, por sua vez, são melhores condutores que os materiais gasosos.
Existem bons condutores de fluxo
de calor, como os metais; há também maus condutores, ou isolantes, que dificultam esse fluxo. Uma utilização prática desta lei da física são os Trocadores de Calor:
CONVECÇÃO
Ocorre nos Fluidos, Líquidos ou gases. Este
fenômeno da física ocorre devido a diferença de densidade das próprias substâcias em função da temperatura, ou seja: A moléculas de uma mesma substância aquecida sobem, fazendo com que as menos aquecidas possam descer.
Exemplos: Uma vasilha de água em ebulição,
o evaporador de uma geladeira (congelador) na parte de cima para o ar mais frio descer, um balcão de frios em um supermercado, um sistema de aquecedor solar, etc.
IRRADIAÇÃO OU RADIAÇÃO
Esta transmissão de calor se dá por ondas
eletromagnéticas. Esta ocorre em qualquer meio, inclusive o vácuo, desde que não seja “refletido”).
Desta forma entendemos como o calor do sol
UMA APLICAÇÃO PRÁTICA DAS TRÊS FORMAS DE
TRANSMISSÃO DE CALOR É O FUNCIONAMENTO DO ISOLAMENTO TÉRMICO DE UMA GARRAFA DE CAFÉ:
A construção da garrafa evita as três formas
de transmissão de calor. A qualidade da conservação da temperatura do café irá depender dos materiais utilizados na fabricação da mesma.
