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EM34F
Termodinâmica AProf. Dr. André Damiani Rocha
Aula 01 – Parte II: Introdução
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Definição de Termodinâmica
A termodinâmica é a ciência da energia;
O nome Termodinâmica deriva do grego termo (calor) e
dinâmica (potência). Descreve os primeiros esforços para
converter calor em potência;
Atualmente, o mesmo nome possui uma interpretação mais
ampla incluindo aspectos de energia e transformações de
energia, incluindo geração de potência, refrigeração e
relações entre as propriedades da matéria.
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Aula 01Introdução à Termodinâmica
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Definição de Termodinâmica
Uma das lei mais fundamentais da natureza é a conservação
de energia. Ela simplesmente estabelece que durante uma
interação, energia pode mudar de uma forma para outra
porém, a quantidade de energia permanece constante.
Isto é, a energia não pode ser criada ou destruída.
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Aplicações da Termodinâmica
Alguns exemplos são:
o Motores automotivos
o Turbinas à vapor
o Turbinas à gás
o Compressores
o Bombas
o Propulsão de Aeronaves e Foguetes
o Sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado
o Sistemas de Arrefecimento
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Definições e Conceitos
Sistema Termodinâmico
o O sistema é tudo aquilo que se deseja estudar;
o Pode ser tão simples como um corpo livre ou tão complexo
como uma refinaria química inteira;
o Pode-se desejar estudar uma quantidade de matéria contida
em um tanque fechado, de paredes rígidas ou considerar algo
como o escoamento de gás natural em um gasoduto.
o A composição da matéria dentro de um sistema pode ser fixa
ou variar em função de reações químicas ou nucleares.
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Definições e Conceitos
Sistema Termodinâmico
o Tudo que é externo ao sistema é denominado meio ouvizinhança. O sistema é separado da vizinhança pelasfronteiras do sistema e essas fronteiras podem ser móveisou fixas.
o Existem 2 tipos de sistemas:
Sistema fechado
Sistema aberto
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Sistema
Vizinhança
Fronteira
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Somente energia, na forma de
calor e trabalho, cruza as
fronteiras de um sistema fechado.
Definições e Conceitos
Sistema Termodinâmico
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Massa não cruza a a fronteira do sistema;
A fronteira pode se movimentar.
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Sistema fechado
com fronteira móvel
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Sistema Termodinâmico: Volumes de Controle
Massa e Energia cruzam a fronteira do
sistema
A fronteira geralmente não se
movimenta
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Um sistema isolado é aquele onde o calor e o trabalho não
cruzam a fronteira.
Sistema Termodinâmico: Sistema isolado
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Propriedades
Para descrever um sistema e prever seu comportamento é
necessário o conhecimento de suas propriedades e de como
estas propriedades estão relacionadas;
Uma propriedade é uma característica macroscópica de um
sistema, tal como massa, volume, energia, pressão e
temperatura;
As propriedades termodinâmicas podem ser classificadas em
duas classes gerais: Extensivas e Intensivas;
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Uma propriedade é chamada de extensiva se seu valor para o
sistema como um todo é a soma de seus valores para as partes
as quais o sistema é dividido;
As propriedades extensivas de um sistema dependem do
tamanho ou extensão do sistema;
As propriedades extensivas podem variar com o tempo;
Alguns exemplos: Massa, Volume e Energia;
Propriedades Extensivas
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Propriedades intensivas não são aditivas (como no caso de
propriedades extensivas);
Seus valores são independentes do tamanho ou extensão de
um sistema;
Podem variar de local para local no interior de um sistema em
qualquer momento ;
Exemplos: Pressão e Temperatura
Propriedades Intensivas
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Estado
Refere-se à condição de um sistema como descrito por suas
propriedades
Processo
Quando qualquer uma das propriedades de um sistema é
alterada, ocorre uma mudança de estado;
Diz-se, então, que o sistema percorreu um processo;
Um processo é uma transformação de um estado a outro;
Alguns processos conhecidos: Isobárico, Isotérmico,
Isentrópico, Adiabático e etc;
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Equilíbrio
O sistema está em equilíbrio se suas propriedades não mais se
alteram em qualquer ponto do sistema;
Também é conhecido como “equilíbrio termodinâmico”;
De uma forma geral, podemos citar 4 tipos de equilíbrio, são eles:
Térmico: Temperatura não muda com o tempo;
Mecânico: Pressão não muda com o tempo;
Químico: Estrutura molecular não muda com o tempo;
Fase: Composição não muda com o tempo.
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Ciclo Termodinâmico
O ciclo termodinâmico consiste em uma série de processos que
retornam o sistema ao estado inicial.
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Massa Específica ()
Em uma perspectiva macroscópica, a descrição da matéria é
simplificada quando se considera que ela é uniformemente distribuída
ao longo de uma região;
A validade dessa idealização é conhecida como hipótese do contínuo;
Quando as substâncias podem ser tratadas como meios contínuos é
possível falar de suas propriedades termodinâmicas intensivas “em um
ponto”;
Assim, em qualquer instante a massa específica () em um ponto é
definida como,
mlim
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Volume Específico ()
O volume específico é definido como o inverso da massa
específica,
1v
Assim como a massa específica, o volume específico é uma
propriedade intensiva e pode variar ponto a ponto.
Líquidos e gases possuim comportamentos diferentes sob
condições de variação de pressão e temperatura. Veja as tabelas
a seguir com alguns exemplos:
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Base Molar
Em certas aplicações é conveniente expremir propriedades
como o volume específico em uma base molar, em vez de uma
base mássica;
O mol corresponde a uma quantidade de uma determinada
substância numericamente igual ao seu peso molecular;
kmol – quilomol
lbmol – libra-mol
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Base Molar
Em cada caso será usado,
M
mn
O número de quilomols (n), de uma substância é obtido dividindo-
se a massa (m), em kg, pelo peso molecular (M), em kg/kmol ;
Analogamente, o número de libra-mols (n) é obtido dividindo-se a
massa(m), em lb, pelo peso molecular (M), em lb/lbmol.
Lembre-se que: o número de moléculas em um grama-mol (número
de Avogrado) é 6,022x1023.
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Propriedades Físicas de Alguns Líquidos
LiquidoTemperatura
[oC]
Massa específica
( )
[kg/m3]
Viscosidade
dinâmica ( )
[Pa.s]
Álcool Etílico 20 789 1,19E-3
Gasolina 15,6 680 3,1E-4
Glicerina 20 1260 1,50
Mercúrio 20 13600 1,57E-3
Água do Mar 15,6 1030 1,20E-3
Água 15,6 999 1,12E-3
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Propriedades Físicas de Alguns Gases
GásTemperatura
[oC]
Massa específica
( )
[kg/m3]
Viscosidade
dinâmica ( )
[Pa.s]
Ar (Padrão) 15 1,23 1,79E-5
Dióxido de
Carbono
20 1,83 1,47E-5
Hélio 20 1,66E-1 1,94E-5
Hidrogênio 20 8,38E-2 8,84E-6
Gás Natural 20 6,67E-1 1,10E-5
Oxigênio 20 1,33 2,04E-5
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Peso Específico ( )
é definida como o peso da substância contida numa unidade de
volume.
g
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Definições & Conceitos
Pressão (P)
Os manômetros e os barômetros medem a pressão em temos
de um comprimento de uma coluna de líquido, tal como mercúrio,
a água ou o óleo;
gLpp atm
Manômetro
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Definições & Conceitos
Pressão (P)
Os manômetros e os barômetros medem a pressão em temos
de um comprimento de uma coluna de líquido, tal como mercúrio,
a água ou o óleo;
gLpp mvaporatm
Barômetro
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Definições & Conceitos
Pressão (P)
Manômetro tipo tubo de Bourdon
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Definições & Conceitos
Pressão (Atmosférica, Absoluta e Manométrica)
Força normal exercida sobre uma área
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Definições & Conceitos
Sistema de Unidades
Unidade de Pressão no S.I. é Pascal
1 Pa = 1N/m2
1 kPa = 1000N/m2
1 bar = 100000N/m2
1 MPa = 1.000.000N/m2
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Definições & Conceitos
Sistema Britânico (Bristh System)
lbf/in2 ou psi, usualmente com o sufixo “a”
para pressão “absoluta (absolute)” e
com o sufixo “g” para pressão
“manométrica (gage)”.
Psia – Absolute Pressure
Psig – Gage Pressure 0
50 100
150
psig
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Definições & Conceitos
Pressão Atmosférica
1atm = 14.696psia = 101.325 Pa = 760mmHg
P(abs) = P(man) + Patm
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Definições & Conceitos
Prefixo das Unidades SI
Fator Prefixo Símbolo Fator Prefixo Símbolo
1012 tera T 10-2 centi v
109 giga G 10-3 mili m
106 mega M 10-6 micro
103 quilo k 10-9 nano n
102 hecto h 10-12 pico P
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Definições & Conceitos
Temperatura
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Definições & Conceitos
Temperatura - Relações
T(oR) = T(oF) + 459,67
T(K) = T(oC) + 273,15