Aula de Refrigeração

Conceitos Fundamentais. Esta aula tem por objetivo apresentar algumas definições termodinâmicas e as propriedades das substâncias mais usadas na análise de sistemas frigoríficos. Mostrará ainda, as relações entre as propriedades termodinâmicas de uma substância pura, que é o caso dos fluidos frigoríficos. Esta apresentação, contudo, não se deterá em análises termodinâmicas rigorosas, ao contrário, fará apenas uma apresentação superficial de tais definições e das propriedades termodinâmicas e suas inter-relações suficientes para o propósito deste estudo. Também serão apresentados os conceitos básicos relacionados com transferência de calor. Definições: Propriedades termodinâmicas. São características macroscópicas de um sistema, como: volume, massa, temperatura, pressão etc. Estado Termodinâmico. Pode ser entendido como sendo a condição em que se encontra a substância, sendo caracterizado pelas suas propriedades. Processo. É uma mudança de estado de um sistema. O processo representa qualquer mudança nas propriedades da substância. Uma descrição de um processo típico envolve a especificação dos estados de equilíbrio inicial e final. Ciclo. É um processo, ou mais especificamente uma série de processos, onde o estado inicial e o estado final do sistema (substância) coincidem. Substância Pura. É qualquer substância que tenha composição química invariável e homogênea. Ela pode existir em mais de uma fase (sólida, líquida e gasosa), mas a sua composição química é a mesma em qualquer das fases. Propriedades Termodinâmicas de uma Substância Uma propriedade de uma substância é qualquer característica observável dessa substância. Um número suficiente de propriedades termodinâmicas independentes constitui uma definição completa do estado da substância. As propriedades termodinâmicas mais comuns são: temperatura (T), pressão (P), volume específico (v) e massa específica (ρ). Além destas propriedades termodinâmicas mais familiares, e que são mensuráveis diretamente, existem outras propriedades termodinâmicas fundamentais para a análise de transferência de calor, trabalho e energia, não mensuráveis diretamente, que são: energia interna (u), entalpia (h) e entropia (s). Energia Interna (u). É a energia que a matéria possui devido ao movimento e/ou forças intermoleculares. Esta forma de energia pode ser decomposta em duas partes: a) Energia cinética interna ⇒ relacionada à velocidade das moléculas; b) Energia potencial interna ⇒ relacionada às forças de atração entre as moléculas. As mudanças na velocidade das moléculas são identificadas, macroscopicamente, pela alteração da temperatura da substância (sistema), enquanto que as variações na posição são identificadas pela mudança de fase da substância (sólido, líquido ou vapor). Entalpia (h). Na análise térmica de alguns processos específicos, freqüentemente são encontradas certas combinações de propriedades termodinâmicas. Uma dessas combinações ocorre quando se tem um processo a pressão constante, resultando a combinação u + pv. Assim é conveniente definir uma nova propriedade termodinâmica chamada “entalpia”, a qual é representada pela letra h. Matematicamente, tem-se: h = u + p v Entropia (s). Esta propriedade termodinâmica representa, segundo alguns autores, uma medida da desordem molecular da substância ou, segundo outros, a medida da probabilidade de ocorrência de um dado estado da substância. Cada propriedade de uma substância, em um dado estado, tem somente um valor finito. Essa propriedade sempre tem o mesmo valor para um estado dado, independentemente de como foi atingido tal estado. Equações de Estado Equação de estado de uma substância pura é uma relação matemática que correlaciona pressão, temperatura e volume específico, para um sistema em equilíbrio termodinâmico. De uma maneira geral podemos expressar, essa relação na forma da Eq. f(P, v, T) = 0 Existem inúmeras equações de estado, muitas delas desenvolvidas para relacionar as propriedades termodinâmicas para uma única substância, outras mais genéricas, por vezes bastante complexas, com objetivo de relacionar as propriedades termodinâmicas de várias substâncias. Uma das equações de estado mais conhecidas e mais simples é aquela que relaciona as propriedades termodinâmicas pressão, volume específico e temperatura absoluta para o gás ideal, a qual é expressa por: P v = RT onde P é a pressão absoluta (manométrica + barométrica), v, é o volume específico, R é a constante particular do gás e T é a temperatura absoluta. Embora a Eq. seja para gás ideal ela representa satisfatoriamente gases reais quando estes estão a pressões relativamente baixas. Um outro exemplo de equação de estado é a que é usada para relacionar as propriedades termodinâmicas dos refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados (CFCs).

Aula de Refrigeração

O que é BTU e Tabela de Medidas O que é BTU/h? BTU/h significa Unidade Térmica Britânica por hora. É a unidade mais utilizada no Brasil para se definir a capacidade térmica de um equipamento. 12.000 BTU/h = 1 TR. Para que você tenha uma idéia de qual é o aparelho melhor adaptável ao seu imóvel, estima-se que, um ambiente com área de 6 m², como uma sala de um apartamento, é aconselhável uma oferta de 7.500 BTU's (British Thermal Unity - unidade britânica de medida térmica) de ar frio para deixar a temperatura do espaço confortável para duas pessoas. Essa carga térmica foi calculada para uma instalação em um andar intermediário do imóvel e, para cada pessoa a mais no ambiente, deve ser acrescentado 600 BTU/h. A tabela abaixo demonstra a quantidade de BTU por metragem do ambiente, sempre considerando a presença de duas pessoas. A cada pessoa a mais, deve-se utilizar a regra de aumentar 600 BTU/h. Metragem do Ambiente Sol de Manhã Sol à Tarde ou o Dia Todo 10 m2 7.500 BTU's 7.500 BTU's 12 m2 7.500 BTU's 10.000 BTU's 15 m2 10.000 BTU's 10.000 BTU's 20 m2 12.000 BTU's 12.000 BTU's 25 m2 12.000 BTU's 15.000 BTU's 30 m2 15.000 BTU's 18.000 BTU's 40 m2 18.000 BTU's 21.000 BTU's 50 m2 21.000 BTU's 30.000 BTU's 60 m2 21.000 BTU's 30.000 BTU's 70 m2 30.000 BTU's 30.000 BTU's Fonte: Consul

Aula de Soldagem

EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM PORTA-ELETRODOS Os porta-eletrodos servem para a fixação e energização do eletrodo. É fundamental a correta fixação e boa isolação dos cabos para que os riscos de choque sejam minimizados. As garras devem estar sempre em bom estado de conservação, o que ajudará a evitar os problemas de superaquecimento e má fixação do eletrodo, podendo vir a soltar-se durante a soldagem. Um porta-eletrodo é dimensionado para trabalhar em uma determinada faixa de diâmetros. Esta limitação vem não só da abertura máxima nas garras para encaixar o eletrodo, como também, e principalmente, pela corrente máxima que pode conduzir. Um porta-eletrodo para ser utilizado em valores de corrente mais elevados, necessita ser mais robusto, o que fará com que seu peso aumente. Como o peso é um fator determinante na fadiga do soldador, deve-se sempre procurar especificar o menor porta- eletrodo possível, para a faixa de corrente que se pretende trabalhar. CABOS FLEXÍVEIS Os cabos transportam a corrente elétrica da fonte de energia ao porta-eletrodo (cabo de soldagem), e da peça de trabalho para a fonte de energia (cabo de retorno) para possibilitar a soldagem. Os cabos podem ser de Cobre ou de Alumínio, devem apresentar grande flexibilidade de modo a facilitar o trabalho em locais de difícil acesso. É necessário que os cabos sejam cobertos por uma camada de material isolante, que deve resistir entre outras coisas à abrasão, sujeira e um ligeiro aquecimento que será normal devido a resistência à passagem da corrente elétrica. Os diâmetros dos cabos dependem basicamente dos seguintes aspectos: *Corrente de soldagem, *Ciclo de trabalho do equipamento, *Comprimento total dos cabos do circuito e *Fadiga do operador Estes quatro ítens atuam de maneira antagônica. Enquanto que para os três primeiros seria ideal o cabo com o maior diâmetro possível, (menor chance de superaquecimento para os dois primeiros e menor perda de corrente para o terceiro) no último ítem é exatamente o oposto, pois ocorre aqui o mesmo que com os porta- eletrodos, um cabo resistente a maiores valores de passagem de corrente é consequentemente mais robusto e por sua vez mais pesado causando com isto maior fadiga ao soldador.

Aula de Soldagem

O processo de soldagem por arco elétrico com eletrodo revestido consiste, basicamente, na abertura e manutenção de um arco elétrico entre o eletrodo revestido e a peça a ser soldada. O arco funde simultaneamente o eletrodo e a peça. O metal fundido do eletrodo é transferido para a peça, formando uma poça fundida que é protegida da atmosfera (O2 e N2) pelos gases de combustão do revestimento. O metal depositado e as gotas do metal fundido que são ejetadas, recebem uma proteção adicional através do banho de escória, que é formada pela queima de alguns componentes do revestimento. INFLUÊNCIA DA ATMOSFERA NA POÇA DE FUSÃO A menos que se solde em uma câmara de vácuo, o que é impensável devido ao custo, todos os processos de soldagem por arco elétrico precisam de algum tipo de proteção para evitar contaminações da atmosfera. No caso do processo de soldagem aqui estudado, será o revestimento dos eletrodos que, entre outras coisas, produzirá uma proteção gasosa através de sua queima. Antes do estudo propriamente dos revestimentos e suas funções, são apresentados os inconvenientes da soldagem com arames sem revestimento (e sem proteção gasosa). Um eletrodo sem revestimento e sem nenhum outro tipo de proteção, após sua fusão perde parte de seus elementos e deposita um metal nitretado e oxidado, cujo valor das propriedades mecânicas serão relativamente inferiores as das chapas de aço doce. Estes dois elementos químicos (Nitrogênio e Oxigênio), são os principais para influenciar a deterioração das propriedades, e são detalhados a seguir: OXIGÊNIO É provado que, durante a fusão de um eletrodo sem revestimento, a maior parte do Carbono e do Manganês contidos no aço do eletrodo, são queimados durante a operação de soldagem, o que naturalmente irá influenciar as propriedades mecânicas do metal depositado, já que as propriedades de um aço dependem basicamente, do seu teor de Carbono e Manganês. O Carbono transforma-se em óxido de Carbono (CO), e em dióxido de Carbono (CO2), enquanto o Manganês, transforma-se em óxido de Manganês (Mn3O4). O Silício, extremamente ávido pelo Oxigênio, queima-se igualmente, dando origem a uma escória de sílica (SiO2). Numerosos ensaios permitem concluir que a fusão de um eletrodo sem revestimento e sem a adição de nenhum outro tipo de proteção, provoca uma forte oxidação do Carbono, Manganês e Silício Outras reações químicas são menos importantes. Os teores de Enxofre (S) e de Fósforo (P), variam pouco. É importante salientar que, os fenômenos de oxidação dependem basicamente das condições operatórias e do comprimento do arco. Um arco longo (tensão elevada) conduzirá a reações de oxidação mais importantes do que um arco curto. Além disto, as características da fonte de alimentação elétrica (corrente contínua ou alternada), desde que forneçam condições para um arco estável, não terão grande influência sobre estes fenômenos. Aqui vale a pena destacar que não é possível soldar com eletrodo sem revestimento em corrente alternada com as fontes de soldagem convencionais, a menos que se recorra a uma ionização artificial, através de uma faísca piloto. Além destas reações químicas, o Oxigênio do ar pode ter uma ação direta sobre o Ferro. Ele pode, durante a sua transferência para o metal de base e ao nível do banho de fusão, formar sobre as gotas uma película de óxidos. Este óxido formado tem a solubilidade muito baixa (0,05%) no metal. As partículas de óxido serão postas em evidência em metalografia, devido a precipitarem entre os cristais sobre a forma de FeO quando o grão é saturado de óxido. O Oxigênio dissolvido no aço sob a forma de óxido, é muito difícil de dosar pelos métodos de análise tradicionais. NITROGÊNIO Embora nas operações normais o Nitrogênio não tenha grande afinidade com o Ferro, nas altas temperaturas do arco elétrico há a possibilidade de formação de nitrato de Ferro. Mesmo que, a quantidade deste nitrato formado seja normalmente muito pequena, ele tem graves consequências porque tornará a solda frágil, diminuindo a resiliência do metal depositado. O Nitrogênio combinado, é difícil de identificar principalmente porque não aparece sobre a forma de nitrato, e sim sob a falsa aparência de perlita não identificavel ao microscópio. Diversos trabalhos mostram que a presença destes nitratos aumenta substancialmente a dureza, aumenta em menor quantidade a resistência à tração, mas diminui rapidamente o alongamento a ruptura e a estricção, a resistência à fadiga e a resiliência. Em suma, quando o teor de Nitrogênio ultrapassa o valor de 0,03% há uma diminuição nos valores das propriedades mecânicas.

Aula de Química - Petrobrás.

Elemento químico, isótopos, isóbaros e isótonos Os diferentes tipos de átomo e suas representações Cada um dos tipos de átomos existentes na natureza ou gerados artificialmente, é chamado de elemento químico. Cada um deles é identificado por um nome e um símbolo formado por uma ou duas letras. A primeira é sempre maiúscula e a segunda, quando houver, sempre minúscula. O nome do elemento varia de idioma para idioma, mas o símbolo é único para o mundo todo. Número de Massa (A): informa a somatória de prótons e nêutrons contida num determinado átomo. Número Atômico (Z): informa a quantidade de prótons contida num determinado átomo. Átomos com mesmo número atômico pertencem ao mesmo elemento químico. Ter mesmo valor para Z garante que os átomos possuam mesmo comportamento químico. Z também informa o número de elétrons, se o átomo em questão for neutro. Subtraindo Z do valor de A, obtemos o número de nêutrons. Z = prótons (sempre) = elétrons (átomos neutros) A - Z = nêutrons (sempre) Os números atômico e de massa podem ser representado simultaneamente com o símbolo do elemento em questão. A convenção é a seguinte: ou Isótopos: átomos que apresentam mesmo número atômico e número de massa diferentes. Pertencem ao mesmo elemento químico, pois têm mesmo valor de Z. 1 H 1 1 H 2 1 H 3 Isóbaros: átomos que apresentam valores diferentes para o número atômico e mesmo número de massa. 20 Ca42 21 Sc42 Isótonos: átomos que apresentam valores diferentes de número atômico e de massa, no entanto, mesmo número de nêutrons (A - Z). 17 Cl 37 20 Ca 40 Exemplo 1 (PUC - Campinas) O silício, elemento químico mais abundante na natureza depois do oxigênio, tem grande aplicação na indústria eletrônica. Por outro lado, o enxofre é de importância fundamental na obtenção do ácido sulfúrico. Sabendo-se que o átomo 14Si28 é isótono de uma das variedades isotópicas do enxofre, 16S, pode-se afirmar que esse átomo de enxofre tem número de massa: a) 14 b) 16 c) 30 d) 32 e) 34 Exemplo 2 (Fatec - SP) Os íons Ca2+ e Pb2+ possuem: Dados os números atômicos: Ca = 20 e Pb = 82) a) mesmo número de prótons e elétrons b) mesmo número de prótons e nêutrons c) mesma carga nuclear e diferentes massas atômicas d) igual soma de número de prótons e de nêutrons e) igual diferença entre número de prótons e elétrons Exemplo 3 (Mackenzie - SP) A característica que identifica isótopos de um elemento químico ´a de apresentarem entre si: a) o mesmo número de massa b) o mesmo número de prótons e o mesmo número de massa c) o mesmo número de nêutrons d) distribuição eletrônica diferente e) o mesmo número atômico e diferentes números de massa Exemplo 4 (Fuvest - SP) O número de elétrons do cátion X2+ de um elemento X é igual ao número de elétrons do átomo neutro de um gás nobre. Este átomo de gás nobre apresenta número atômico 10 e número de massa 20. O número atômico do elemento X é: a) 8 b) 10 c) 12 d) 18 e) 20 Exemplo 5 (Mackenzie - SP) Um certo átomo neutro M tem número atômico igual a x e número de massa igual a y. O número de elétrons no íon M3+ é igual a: a) x + 3 b) (x + y) - 3 c) y - 3 d) x - 3 e) x Exemplo 6 (UFSC) São dados os átomos: I) 35Br80 II) 36Kr80 III) 35Br81 IV) 36Kr81 Indique as proposições verdadeiras. a) I e III são isótopos b) II e IV possuem o mesmo número de massa c) I e IV têm igual número de nêutrons d) I e II possuem o mesmo número de massa e) II e III são isótopos. Respondam os testes e coloquem nos comentários.Posteriormente postarei os gabaritos!

Estudo dos Gases - Termodinâmica

Os sistemas físicos que encontramos na Natureza consistem em um agregado de um número muito grande de átomos. A matéria está em um dos três estados: sólido, líquido ou gasoso: Nos sólidos, as posições relativas (distância e orientação) dos átomos ou moléculas são fixas. Nos líquidos as distâncias entre as moléculas são fixas, porém sua orientação relativa varia continuamente. Nos gases, as distâncias entre moléculas, são em geral, muito maiores que as dimensões das mesmas. As forças entre as moléculas são de pouca intensidade e se manifestam principalmente no momento no qual se chocam. Por esta razão, os gases são mais fáceis de descrever que os sólidos e que os líquidos. O gás contido em um recipiente, é formado por um número muito grande de moléculas, 6,02·10²³ moléculas em um mol de substância. Quando se tenta descrever um sistema com um número muito grande de partículas se torna difícil, ou melhor impossível descrever o movimento individual de cada componente. Por isto mediremos as grandezas que se referem ao conjunto: volume ocupado por uma massa de gás, pressão que exerce o gás sobre as paredes do recipiente e sua temperatura. Estas quantidades físicas são denominadas macroscópicas, no sentido de que não se referem ao movimento individual de cada partícula, e sim do sistema em seu conjunto.


Denominamos estado de equilíbrio de um sistema quando as variáveis macroscópicas pressão p, volume V, e temperatura T, não variam. O estado de equilíbrio é dinâmico no sentido de que os constituintes do sistema se movem continuamente. O estado de equilíbrio do sistema é representado por um ponto em um diagrama p-V. Podemos levar o sistema desde um estado inicial a outro final através de uma sucessão de estados de equilíbrio. Se denomina equação de estado a relação que existe entre as variáveis p, V, e T. A equação de estado mais simples é a de um gás ideal pV=nRT, descrita pelo cientista francês Paul Clapeyron, onde n representa o número de mols, e R a constante dos gases R=0.082 atm·l/(K mol). Se denomina energia interna do sistema a soma das energias de todas as suas partículas. Em um gás ideal as moléculas somente tem energia cinética, os choques entre as moléculas são supostos perfeitamente elásticos, a energia interna somente depende da temperatura.