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Thermodynamics - Maritime Professional Teaching - Brazilian Navy - Paulo Vitor Zigmantas [2010, PDF]
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Thermodynamics - Maritime Professional Teaching - Brazilian Navy
Language: portuguese
Author: Paulo Vitor Zigmantas
Genre: Textbook
Publisher: DPC
Format: PDF
Quality: eBook
Pages count: 444
Description: INTRODUCTION
Part of physics, thermodynamics is a science that deals with energy and its transformations, having a wide field of applications ranging from microscopic organisms to domestic applications, transport vehicles and power generation systems.
This volume consists of twelve units, all aimed at the basic and fundamental training of the second engineer officer of the Brazilian Merchant Navy, showing the fundamental basic principles for application in naval machines such as compressors, pumps, internal combustion engines, boilers and turbines on gas.
The purpose of this volume is to present and perform the variety of applications of thermodynamics in examples from everyday shipboard life, and to show the future engineer officer how thermodynamics is employed in the usual practice of ship's machinery.
In unit 1, we will study the fundamental definitions employed in thermodynamics. In 2, the mathematical deduction of the first and second principles of thermodynamics is made with the resolution of exercises involving everyday applications on board.
In Unit 3, the usual thermodynamic processes in open and closed systems are studied, and, in Unit 4, the thermodynamic study of Otto, Diesel, Sabathé and Brayton cycle engines.
In the 5th, the study of the properties of the vapors is carried out and, in the 6th, the thermodynamic analysis of processes with vapors of closed systems and of the control volume is carried out, emphasizing the on-board machines.
In 7, we will study the basic Rankine cycle and its varieties such as the reheat and regenerative cycle, emphasizing steam installations. In 8, the thermodynamic analysis of heat transfer by conduction and convection is carried out, showing some applications of practical interest on board ships, such as flat and cylindrical walls.
In Section 9, heat exchanger devices such as heaters, coolers, boilers and distillation groups are studied, applying the first law to these devices.
In the tenth, the thermodynamic analysis of the air compressors is carried out, including the determination of the work and the compression power of the referred equipment.
In number 11, the thermal study of the basic Carnot refrigeration and vapor compression cycle is carried out, emphasizing the new refrigerants 134a, 407C and 410 A, which are in accordance with the Montreal protocol.
In the last, twelfth, the thermal balance applied to the control volume will be studied, emphasizing the on-board machines such as diesel engines, electric power generators, boilers, installation of steam turbines, refrigeration installation
with application of the enthalpy pressure diagram, ventilation of the engine room and fuel oil tanks.
Considerable effort has been made to make this volume easily understood by students and faculty alike, both striving for ever-improving scientific performance to operate professionally in an increasingly complex world.
Paulo Vitor de Matos Zigmantas
Master in Thermal and Fluid Sciences
In charge of the Division of Teaching Machines at CIABA
Contents
SUMÁRIOINTRODUÇÃO................................................................................................................. 6
1 DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS................................................................................... 8
1.1Sistema Termodinâmico .............................................................................................. 8
1.2 Fases, estado e propriedades de uma substância...................................................10
1.3 Propriedade específica de uma substância .............................................................. 11
1.4 Pressão .................................................................................................................... 11
1.5 Temperatura ............................................................................................................. 17
1.6 O gás perfeito ........................................................................................................... 21
1.7 Exercícios resolvidos ................................................................................................ 33
2 PRIMEIRO E SEGUNDO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA................................... 43
2.1 Primeiro e segundo princípio da termodinâmica ...................................................... 43
2.2 Principais formas de energia nos sistemas termodinâmicos .................................... 43
2.3 Entalpia. Uma propriedade termodinâmica combinada ............................................ 46
2.4 Primeira lei da termodinâmica .................................................................................. 46
2.5 Exercícios resolvidos ................................................................................................ 54
2.6 A Segunda lei da termodinâmica .............................................................................. 63
3 PROCESSOS TERMODINÂMICOS ........................................................................... 80
3.1 Processos termodinâmicos de sistemas fechados ...................................................80
3.2 Processos termodinâmicos em volume de controle ................................................. 87
3.3 Exercícios resolvidos ................................................................................................ 88
4 CICLOS DAS MÁQUINAS DE COMBUSTÃO INTERNA......................................... 112
4.1Ciclos teóricos das máquinas térmicas ................................................................... 112
4.2 O ciclo de Carnot .................................................................................................... 113
4.3 O ciclo Otto ............................................................................................................. 117
4.4 Motores diesel ........................................................................................................ 122
4.5 O ciclo Diesel ......................................................................................................... 124
4.6 O ciclo misto ou Sabathé........................................................................................ 128
4.7 Comparação entre os ciclos Otto, Diesel e Sabathé .............................................. 132
4.8 Comparação entre os ciclos teórico e real de um motor Diesel ............................. 133
4.9 Os ciclos das turbinas a gás ................................................................................... 136
4.10 Moderno sistema de propulsão para navios ......................................................... 149
4.11 As Turbinas a gás na propulsão naval ................................................................. 150
5 PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS PURAS..................................................... 152
5.1 Substância pura ..................................................................................................... 152
5.2 Processos de mudança de fase para as substâncias puras................................... 152
5.3Tabelas de propriedades termodinâmicas............................................................... 161
5.4- Exercícios resolvidos............................................................................................. 1664
6 PROCESSOS TERMODINÂMICOS COM VAPORES ............................................. 179
6.1 Processos termodinâmicos com vapores em sistemas fechados .......................... 179
6.2 Processos com vapores aplicados a volume de controle ....................................... 191
7 CICLO DE RANKINE................................................................................................ 215
7.1 O ciclo de Rankine ideal ......................................................................................... 215
7.2 O ciclo Rankine com reaquecimento ...................................................................... 222
7.3 Ciclo de Rankine Regenerativo .............................................................................. 228
7.4 Afastamento dos ciclos reais de vapor em relação ao teórico de Rankine ............ 247
8 ANÁLISE TERMODINÂMICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR ......................... 250
8.1 Tipos de propagação de calor ................................................................................ 250
8.2 Transmissão do calor por condução através de paredes planas ........................... 250
8.3 Transmissão do calor por condução através de paredes simples cilíndricas ......... 253
8.4 Transmissão do calor por condução através de esferas ocas ................................ 254
8.5 Convecção ............................................................................................................. 255
8.6 Transmissão de calor por condução em paredes planas compostas em série ...... 258
8.7 Transmissão de calor por condução em paredes cilíndricas compostas em série . 260
8.8 Transmissão de calor por condução e convecção em paredes planas compostas em
série ............................................................................................................................. 261
8.10 Exercícios resolvidos ............................................................................................ 263
9 TROCADORES DE CALOR ..................................................................................... 273
9.1 Definição de aparelhos trocadores de calor ........................................................... 273
9.2 Tipos de trocadores de calor .................................................................................. 273
9.3 Diferença média logaritma de temperatura ............................................................ 277
9.4 Coeficiente global de transmissão do calor ............................................................ 282
9.5 Exercícios resolvidos .............................................................................................. 283
10 COMPRESSORES.................................................................................................. 307
10.1 Finalidade do compressor .................................................................................... 307
10.2 Compressores de ar alternativos .......................................................................... 307
10.3 Análise termodinâmica do compressor alternativo de um estágio de compressão
..................................................................................................................................... 312
10.4 Compressão por estágios ..................................................................................... 326
10.5 Exercícios resolvidos ............................................................................................ 330
11 CICLOS DAS MÁQUINAS DE REFRIGERAÇÃO..................................................346
11.1 Finalidade da refrigeração a bordo dos navios..................................................... 346
11.2 Principais sistemas de refrigeração utilizados...................................................... 346
11.3 Sistema de compressão por vapor ....................................................................... 346
11.4 Exercícios resolvidos ............................................................................................ 3545
12 BALANÇO TÉRMICO............................................................................................. 360
12.1 Finalidade do balanço térmico .............................................................................. 360
12.2 Balanço térmico de motores diesel ...................................................................... 360
12.3 Balanço térmico dos resfriadores de ar de dois estágios de arrefecimento dos
MCPS de 2T ................................................................................................................. 367
12.4 Balanço térmico de caldeiras navais auxiliares com óleo combustível ................ 368
12.5 Balanço térmico de turbinas a vapor de um estágio ............................................. 373
12.6 Balanço térmico de instalação de vapor ............................................................... 374
12.7 Balanço térmico de instalação de refrigeração..................................................... 376
12.8 Balanço térmico de purificadores de óleo combustível e lubrificante ................... 380
12.9 Superfície de aquecimento dos aquecedores dos purificadores .......................... 381
12.10 Ventilação da praça de máquinas ...................................................................... 381
12.11 Potência de bombas e ventiladores da praça de máquinas ............................... 384
12.12 Consumo de vapor para aquecimento de tanques............................................. 384
12.13 Exercícios resolvidos .......................................................................................... 387
REFERÊNCIAS............................................................................................................ 419
APÊNDICE................................................................................................................... 421
Screenshots
Apostila Termodinâmica - Marinha do Brasil.pdf
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