Moran e Shapiro - Princípios da Termodinâmica - 7ªed

Moran e Shapiro - Princípios da Termodinâmica - 7ªed

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.:';· CÍPIOS DE L ..• EftMODINÂMICA

PARAE.NGENHARIA . ' :,~;;\?~~~-i~'..:.'.,<·

N.Ch.am. 536.7 M829f.Pv 7.ed. l"ítulo: Princípios de tennodinâmica para engenharia.

1 l l l Ac. 446429

Este livro organiE.ado por capítulos e >cçlies, dispo,tas ao longo de cada capítulo_ Consulte o sun1ário da obra par:1 visualizar a sequência de capítulos e Os conceitos fundarneniais e as equações associadas no interior de cada seção eslahclecen1 a base para da tcrniodiniírnica na engcnharia, proporcionuda por meio dos excn1plos resolvidos, dos problcinas de final de capítulo e e das co1Tcspon<lentes. ()s a>suntos destacados e1n nas seções do livro permitcrn que você explore tcípicos selecionados, de forn1a 1nais detalhada. co1no por excrnplo a sobre as propriedades e propriedades. aprcsé°nlad.1 no final da Scçiio ! .3.3. contctnporâneas relativas lt tennodlnfunica são apresentadas ao longo do texto a partir de crês tem<JS con1 apresentações dcs1ai.:adas ctn hoxes temáticos: ENERGIA E MEIO AMBIENTE explor.i tópicos relacionados ao ;iproveitamento c.h: recursos energt:ticos e às questões ambientais na engenharia, conforme pode ser visto na sobre veículos hibridos, no final da Seção 2. l .l. BIOCONEXÕES ;ibrange tópicos relacionados a aplicações na biornedicina e na bioengenharia, confornte pode ser ohscrvado na discussão que utiliza vulunies de controle para <tbordar os seres vivos e seus órgãos no final da Seção 1.2.2. Os boxes Novos horizontes ~ tratam de tecnologias eniergentes e de instigantes, como a discussão sobre nanotecnologia no final da Seção J .6. ()utras caracteríslicas fundainentais deste livro que facilitarn n seu estudo e contribuem paru o conheci1ncnto incluem:

Exemplos

~ ·São fornecidos nun1erosos exemplos comentados que rctracarn a metodologia de solução apresentada na Seção 1.9 e ilustrada no Excn1plo 1.1. Os estudantes são estimulados a examinar esses cxetnp!os, incluindo os comentários que os acompanham.

li-Cada exemplo resolvido tennina com urna lista das flubilidades Desenvnlvi<las durante a resolução do exen1plo e com um Teste-Relâmpago que possibilita uma verificação imediata da compreensão adquirida.

rnenos fom1ais são apresentados ao longo do texto. Eles iniciam com

exe1nplos também devem ser estudados.

Exercícios li'-POR EXEMPLO e tenninam con1 . -<f. Esses

Cada capítulo possui um conjnnto de exercícios a serem discntidos sob o título 1 ::! fi'.l # ;1414 [.pj 4• lf i l•ti • l if ;1#ij•;:1.\•1 /!;#·(• bj@l!Hâl (!!#!;!•@,

que podem ser respondidos individualmente ou em grupo. Eles pennitem que os estudantes aun1enten1 sua compreensão sobre o contclÍdo do texto, estimule1n o desenvolvimento do pensamento crítico e testem sua compreensão.

1-Um grande número de de final de capítulo, sob o título 1 )J;!J,J!Aftl·Ftl·if1#1'Q·l!•c@l(•fiif·l:l!!·l·!·jiil'-iJ-!;f·i3H33:1\f·l;\i·'t. ta1nbém são fornecidos. Estão reunidos logo após o assunto lecionado, confonne a ordem crescente de dificuldade. Estão também classificados em seções, de forma a facilitar o processo de seleção dos problemas de revisão que devem ser resolvidos. As respostas a prob!einas selecionados estão disponíveis no site da LTC Editora para este livro mediante cadastro.

li-Uma vez que u1n dos propósitos deste livro é a preparação de estudantes para utilizar a tennodinâ1nica na prática de engenharia, foram incluídas considerações de projeto relacionadas à termodinâmica. Cada capítulo possui um conjunto de problemas reunidos nas seções

.. PROJETOS E PROBLEMAS EM ABE.RTO: EXPLORANDO A PRÁTICA DE ENGENHARIA . Esses problemas fornecem oportunidade para desenvolver a criatividade, formular e resolver projetos e problemas e1n aberto, con1 o auxílio da Internet para encontrar infonnaçôes relevantes, fazer julgamentos de engenharia e desenvolver a capacidade de comunicação. Veja, por exemplo, o Problema LIOP, ao final do Capítulo 1.

Outros Estudos de Apoio li-Cada capítulo inicia con1 umu introdução que fornece o contexto de engenharia, descreve o objetivo do capitulo e os resultados da aprcndi:r.agcm .

.,.. Os capítulos se encerram com as seções para exames. Jo'-R.ESUMO DO CAPÍTULO E GUIA DE ESTUDOS que fornecem uni ponto de partida para o estudo

Ili'-Para facilitar consultas rápidas. os finais dos capítulos 'possuein também uma lista dos li'-CONCEITOS FUNDAMENTAIS NA ENGENHARIA e das li'-EQUAÇÕES PRINCIPAIS

As equações mais importantes são destacadas com uni fundo sombreado, conforme a Eq. 1.8, na Seção J .5 do Capítulo l, por exemplo.
~ Os comentários TOME NOTA, localizados nas lateriais das páginas, fornecem inforinações instantâneas que elucidam a discussão cni

li>-Os termos in1portantes são destacados em negrito nas laterais do texto, próxin1os a sua citação no texto principal. andamento, como pode ser visto na Seção 1.2.3, ou que refinam a metodologia de resolução de problemas, confonne mostram as Seções 1.4. l e 1.7.3.

estão disponíveis 1nediante cadastro no site da LTC Editora. Para obter mais detalhes sohrc as animações, consulte a TOME NOTA

li>-Os símbolos nas laterais das páginas idcntificain animações que reforçam o assunto apresentado naquele ponto. Ess:.is anirnações localizada no final da Seção 1.2.3 do Capítulo J. '

O símbolo 1:... que aparece ao lado da numeração dos problemas de final de capítulo rccornen<la. caso possível, o de programas com-

putacionais na solução.

li-Para facilitar a consulta rápida. fatores de conversão e constantes irnportantes são apresentados jl1nto à cap;t do livro . .,_ Uma lista de sín1bolos no final do livro, próxirno à quarta c;ipn.

'. •, ' • • • ·--''"" .. • •• t •• ,, '·• Fatores de Conversão -' . ---. _ -e. : -, '. ; . _, .,. . '•'

Massa e Massa Específica

1 kg = 2,2046 lb

J g/cm3 = 103 kg/1n 3 1 g/cn1' = 62,428 lb/ft J

1 !b = 0,4536 kg J lb/ft3 = 0.016018 g/cm3 l \b/ftJ = 16,018 kg/ni3

Comprimento l cm = 0,3937 in 1 m = 3,2808 ft

1 in = 2,54 cm [ ft = 0,3048 OI

Velocidade

1 km/h = 0,62137 milha/h l milha/h = 1,6093 km/h

Volume l cm3 = 0,061024 in3

1 m.3 = 35,315 ft3 1 L = 10-3 m3

1 L = 0,0353 ft3 1 in3 = 16,387 cm3 1 fc3 = 0,028317 m3 l gal = 0,13368 fc3 l gal = 3,7854 X 10-3 1n3

Força

'l N = 1 kg · ni/s2 l N = 0,22481 lbf

) l!J( =._32,174..!!J 1 lbf = 4,4482 N

Constante Universal dos Gases

):314 kJ/kmol · K

R = 1545 ft · lbfllb1nol · ºR l.986 Btu/!bmol · ºR

Aceleração Padrão da Gravidade

{ 9,80665

X= 32,174

Pressão 1 "" l bar

1 '"" l lbf/in2 l lbf/in2 1 atm

= 1 N/Jn2 = 1.4504 X L0-4 lbf/in2

= 105 N/m2

= 1,01325 bar = 6894,8 Pa

= 144 lbf/ft2 = 14,696 lbf/in2

Energia e Energia Específica lJ =IN·m=0,73756ft·lbf 1 kJ = 737,56 ft . lbf l kJ = 0,9478 Btu l kJ/kg = 0,42992 Btunb l ft . lbf = 1.35582 J

1 Btu = 778,17 ft · lbf 1 Btu = 1,0551 k.J

1 Btu/lb = 2.326 kJ/kg l kcal = 4, 1868 kJ

Taxa de Transferência de Energia

1 W = l J/s = 3,413 Btu!h 1 kW = 1,341 hp 1 Btu/h = 0,293 W 1 HP = 2545 Btu/h

1 HP = 550 ft • lbffs l HP = 0,7457 kW

Calor Específico

1 kJ/kg • K 1 kcal/kg · K 1 Btu/h · ºR

Outros

= 0,238846 Bru/lb • ºR = 1 Btu/lb · ºR

= 4,1868 kJ/kg · K

1 TR = 200 Btu/min = 211 kJ/min , 1 volt = 1 watt por ampere

Pressão Atmosférica Padrão

1,01325 bar

1 atm = 14.696 lbf/in2 ,

760 m Hg = 29,92 in Hg

Relações entre Temperaturas

T(ºR) ~ 1,8 T(K) T(ºC) = T{K) -273,15

T(ºF) = T(ºR) -459.67

REGISTRO: Devolutão J Visto Devolução Visto

---r-----~---c--- -------1----1-------+--

·- ------ -- ----------------------- ------·- -------- PRESERVE O SEU !NSTRUfAENTO DE L/\.ZER.

Pv~ <J77;?/ f-i{,oc/ ~ P,_ X )';

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Nacional

O GEN 1 Grupo Editorial Nacional reúne as editoras Guanabara Koogan, Santos, Roca, AC Farmacêutica, Forense, Método, LTC, E.P.U. e Forense Universitária, que publican1 nas áreas científi.::a, técnica e profissional.

Essas empresas, respeitadas no mercado editorial, construíran1 catálogos inigualáveis, com obras que tên1 sido decisivas na formação acadên1ica e no aperfeiçoa1nento de várias gerações de profissionais e de estudantes de Ad1ninistraçào, Direito, Enfenna- gem, Engenharia, Fisioterapia, Medicina, Odontologia, Educação Física e n1uitas outras ciências, tendo se tornado sinôni!no de seriedade e respeito.

Nossa nüssão é prover o 1nelhor conteúdo científico e distribuí-lo de 111ancira flexível e conveniente, a preços justos, gerando beneficias e servindo a autores, docentes, livrei- ros, funcionários, colaboradores e acionistas.

Nosso co1nportan1ento ético incondicional e nossa responsabilidade social e a1nbiental silo reforçados pela natureza educacional de nossa atividade, sem co1npro1neter o crcs· ci1nento continuo l' a rcntabilidJdc do grupo.

Michael j. Moran The Ohio State University

Howard N. Shapiro Wayne State University

Daisie D. Boettner Colonel, U.S. Army

Margaret B. Bailey Rochester Institute ofTechnology

Tradução e Revisão Técnica

Gisele Maria Ribeiro Vieira, D.Se.

Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Mecânica do CEFET/RJ (Capítulos 1a7, 9 e lü)

Paulo Pedro Kenedi, D.Se.

Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Mecânica do CEFET/RJ (Capítulos 12, 13 e 14)_

Fernando Ribeiro da Silva, D.Se.

Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica do CEFET/RJ (Capítulos 8 e 1)

Os ;m\C)rcs e a editora cn1pcnharan1-sc para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os detentores dos direitos autor:tis de qualquer material neste livro. dispoudo-sc a possiveis acertos caso, inadvertidamente, a identificação de algmn deles tenha sido omitida.

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Apesar dos melhores esforços dos autores, dos tradutores. do editor e dos revisores. é inevitável que surjam em.>s no texto. Assim, são bem-vindas as comunicações de usuários sobre correções ou sugestões referentes ao conteúdo ou ao nível pedagógk:o que auxiliem o aprimoramento de edições futuras. Os comentários dos leitores podem ser encaminh,.dos à LTC-Livros Têcnicos e Editora pelo e-mail ltc@grupogen.con1.br

FllNDAl\1ENTALS OF ENGINEERINGTHERMODYNAMICS,SEVENTH EDITION

Copyright ©201l,2008, 2004, 2000, 1996, 1993, 1988 by John Wiley & Sons, lnc. AH Rights Reservcd. This translation publishcd under license with tlte original publisher John Wiley

& Sons Jne. ISBN; 978-0470-91768-8

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Capa: Leonidas Leite lntagem de Capa: Vladi1nirtlrcam., Drcmnstin1c.com Editoração Eletrônica: Edel

CIP-BRASIL. CAT,\LOf;AÇÃO-NA-FONTE SINDICA'fO NACIONAL DOS EDI1'0RES DE LIVROS, RJ

Princípios de termodinâmica para engenharia/Michael J. Mornnfel al.]: tradução

P947 Gise!c ivlaria Ribeiro Vieira. P3ulo Pedro Keneúi, Fernando Ribeiro d3 Silva. -Rio de

Janeiro: L'fC, 2013. iL: 28 cn1

Tr3dução de: Fundaincntals of enginccring thcrn1odynamics, 7th ed.

Inclui índice ISBN 978-85-216-2212-3

1. Tcnnudinfunica. 1. I\1oran, Michael J. 1. 'fítulo.

13-\588. CDD: 621.4021 CDU: 621.43.016

•Prefácio

Os professores Moran e Shapiro estão satisfeitos eni receber dois novos para a sétima edição de Princípios de Ter111odinâ11iica para Engenharia. A Ora. Daisie D. Boettner,

PE, professora de engenharia 1necânica da United States Military Acadcmy em West Point e a Dra. Margaret B. Hailcy.

PE, professora de engenharia mecânica do Rochester fnstitute of Technology, trazem à equipe uma excelente experiência no ensino, na pesquisa e na prática da engenharia. Suas perspectivas enriquecem essa apresentação e complementam os pontos de vista dos autores de maneira original e estimulílnte.

Um Livro para o Século XXI

No século XXI, a termodinâ1nica aplicada à engenharia exerce papel central no desenvolvimento de processos mais eficientes para fornecer e usar energia, ao mesmo tempo em que reduz os :;6ios riscos para a saúde humana e o meio ambiente que acompanham a energia -incluindo a poluição atmosférica, a poluição da água e as variações climáticas globais. Além disso, as aplicações na bioengenharia, nos sistemas biomédicos e na nanotecnologia continuam a surgir. Este livro fornece as ferramentas necessárias para especialistas que trabalham nessas áreas. Para os não especialistas, o livro fornece o conhecimento centrado na ton1ada de decisões que envol- vem tecnologia relacionada à tennodinâmica -seja no trabalho ou como cidadãos conscientes. Os engenheiros do século XXI precisam de um sólido conjunto de habilidades analíticas e para a resolução de assim como de fundamentos para tratar de importantes questões sociais relativas à termodinâmica aplicada à engenharia. Esta sétiTna edi- ção desenvolve essas habilidades e amplia significativamente a cobertura das suas aplicações fornecendo:

• o contexto atual para o estudo dos princípios da tennodinâmica;

• os conhecitnentos relevantes para tomar o assunto significativo a fim de enfrentar os desafios das futuras décadas;

• os materiais significativos associados às tecnologias existentes levando em conta novos desafios.

Nesta sélima edição, foram aprimoradas as características essenciais que tomaram o livro o maior destaque global no ensino da termodinâmica em-engenharia. (Para outras informações sobre a atual discussão das características essenciais voltadas para novos aspectos, consulte o Prefácio da sexta edição.) Somos reconhecidos por nossas explanações claras e concisas baseadas em fundamentos, pela pedagogia inovadora centrada na aprendizagem eficaz, e pelas aplicações relevantes e atualizadas. Por intern1édio da criatividade e da experiência da equipe de autores, recentemente expandida, e com base na excelente avaliação de professores e estudantes, continuan1os a aperfeiçoar aquela que se tornou a obra mais iniportante dessa disciplina.

Novidades da Sétima Edição

A principal diferença deste livro para as edições anteriores e para todos os outros textos destin;uJos no rncs1no públieo-alvo ac11dên1i- eo sào as a11i11çóes apresentadas, reforç:1 a cornpreens1io dos esl11dantes acerca dos fenômenos b.ísicos e de suas aplicações.

A sétin1a edição tambén1 apresenta um novo e agradiível projeto grático com o intuito de ajudar os estudantes a:

• melhor compreender e aplicar o assunto; e

• entender perfeitamente a in1portância dos tópicos para a pr<ítica da engenharia e para a sociedade.

Esta edição também oferece, nas guardas do livro -sob o títul0

Como Usar Este LiVTo de Forma Eflçaz: -, um roteiro atualizado com os principais recursos utilizados que tomam esta obra niuito cl'i· ciente para a aprendizagem. Para entender na íntegra os n1uitos recursos incorporados ao livro, leia atentan1ente esse roteiro.

Nesta edição, diversas melhorias para apriinor<ir a eficácia de aprendizagem forain inseridas ou atualizadas:

• Novas animações referentes a assu11tos fundan1entais são oferecidas para aprirnorar a aprendizagen1. Os estudantes irão desenvolver uma compreensão 1nais profunda do te1n11 envol- vido ao assistirem aos principais processos e fenômenos nas animações.

• Os elementos de texto especiais apresenta1n ilustrações in1· portantes sobre a termodinâinica aplicada engenharia, volta- das para o meio ambiente, a sociedade e o mundo:

• Novas apresentações do tema ENERGIA E MEIO AMBIENTE exploram tópicos relacionados ao aproveitamento de recursos energéticos e às questões ambientais na engenharia.

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