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EM34F

Termodinâmica AProf. Dr. André Damiani Rocha

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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

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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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


Somente energia, na forma de

calor e trabalho, cruza as

fronteiras de um sistema fechado.



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Massa não cruza a a fronteira do sistema;

A fronteira pode se movimentar.


Sistema fechado

com fronteira móvel


Sistema Termodinâmico: Volumes de Controle

Massa e Energia cruzam a fronteira do

sistema

A fronteira geralmente não se

movimenta


Um sistema isolado é aquele onde o calor e o trabalho não

cruzam a fronteira.

Sistema Termodinâmico: Sistema isolado


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;


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


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


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;


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.


Ciclo Termodinâmico

O ciclo termodinâmico consiste em uma série de processos que

retornam o sistema ao estado inicial.


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


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:


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


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.


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


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


Peso Específico ( )

é definida como o peso da substância contida numa unidade de

volume.

g


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


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


Pressão (P)

Manômetro tipo tubo de Bourdon


Pressão (Atmosférica, Absoluta e Manométrica)

Força normal exercida sobre uma área


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


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


Pressão Atmosférica

1atm = 14.696psia = 101.325 Pa = 760mmHg

P(abs) = P(man) + Patm


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


Temperatura


Temperatura - Relações

T(oR) = T(oF) + 459,67

T(K) = T(oC) + 273,15

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