8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
1/37
TERMODINÂMICA I
ENG 323
CP1, pg.1
– ESCOLA POLITÉCNICAUFBA
Prof a. Rosana Fialho
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
2/37
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO• 1 – Introdução. Conceitos. Preliminares
• 2 – Conceitos e definições• 2.1 - Sistemas termodinâmicos
CP1, pg.2
• 2.2 - Estado e propriedade de umasubstancia
• 2.3 - Processos e ciclos• 2.4 - Lei zero da termodinâmica
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
3/37
• 3 – Propriedade das substancias puras• 3.1 - Definição• 3.2 - Equilíbrio de fase de uma substancia pura
• 3.3 - Propriedades Independentes• 3.4 - Equações de estado
CONTE DO PROGRAM TICO
CP1, pg.3
.• 3.6 - Superfícies Termodinâmicas
• 4 – Trabalho e Calor• 4.1 - Definição• 4.2 - Unidades
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
4/37
• 4.3 - Trabalho realizado devido ao movimento defronteira de um sistema compressível
• simples• 4.4 - Calor• 4.5 - Comparação entre Trabalho e Calor
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
CP1, pg.4
• 5 – Primeira Lei da Termodinâmica• 5.1 - 1ª Lei para o sistema
• 5.2 - Energia Interna• 5.3 - Entalpia
• 5.4 - Calores Específicos• 5.5 - Conservação da massa
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
5/37
• 5.6 - 1ª Lei aplicada a volume ao volume de controle• 5.7 - Processos em regime uniforme e permanente
• 6 – Segunda Lei da Termodinâmica• 6.1 - Motores térmicos e refrigeradores• 6.2 - 2ª Lei da Termodinâmica
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
CP1, pg.5
• 6.3 - Processos Reversíveis• 6.4 - Irreversibilidade• 7 – Entropia• 7.1 - Desigualdade de Clausius• 7.2 - Entropia para a substancia pura
• 7.3 - Variação de entropia em processos reversíveis
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
6/37
• 7.4 - Principio do aumento da entropia• 7.5 - Variação da entropia no gás, liquido e sólido
• 7.6 - 2ª Lei aplicada a volume de controle• 7.7 - Processos em regime uniforme e permanente
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
CP1, pg.6
. -• 7.9 - Comentários finais• 8 –Irreversibilidade e disponibilidade
• 8.1 - Trabalho reversível• 8.2 - Irreversibilidade• 8.3 - Disponibilidade
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
7/37
REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS
The Properties of Gases and Liquids- 4a edition-Reid,Prausnitz e Poling;
CP1, pg.7
Fundamental of Classical Thermodynamics-Van Wylen eSontag-6a edition;
Van Ness, H.C e Smith, J.M , Introdução a Termodinâmicada engenharia química, 7ª Ed., Guanabara dois, 2007.
Zemansk. , M.W, “Calor e Termodinâmica”, 5ª Ed. , RJ,
Guanabara dois.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
8/37
a) Massa Específica (ρ ) [kg/m3
]É a quantidade de massa de fluido por unidade de volume.
b) Volume Específico (v) [m3 /kg]É o volume ocupado por unidade de massa. É igual ao inverso da massaespecífica
c) Peso Específico (γ = ρ.g ) [kgf/m3]" "
CP1, pg.8
força, por unidade de volume, exercida sobre uma massa específicasubmetida a uma aceleração gravitacional.
d) Densidade (d) [adimensional]
É a razão entre a massa específica de um fluido e a massa específica deum fluido de referência (água, no caso líquido ou ar, no caso de gás) emcondições padrão (pressão atmosférica ao nível do mar e temperatura deaproximadamente 20oC ).
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
9/37
Fi A - Pressão estática: a for a d F sobre a Fig. B – Pressão dinâmica: a força d F sobre
Pressão
CP1, pg.9
superfície dS , é devida ao peso dacoluna líquida de altura h a superfície dS
é devida à velocidade damassa líquida.
Fig C - A pressão total é devida ao peso da coluna e à velocidade do líquido
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
10/37
Para que ocorra o escoamento de um fluido de um ponto até o outroé necessário que haja uma diferença de pressão. Podem ser do tipo:
Pressão
• Pressão Absoluta (Pabs): medida com relação a pressão zeroabsoluto.
Pressão
CP1, pg.10
atmosférica local.• Pressão Atmosférica Padrão (Patm): é a pressão média ao nível do
mar.• Pressão Atmosférica Normal : é a pressão ao nível do mar e à
temperatura de 0oC e que equilibra uma coluna de mercúrio de760mm de altura.
Relação de Pressões: Pabs = Pman + Patm
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
11/37
Pressão
Pabs = Prel + PoSe prel=0, então pabs = p0Se pabs = 0, então prel=-p0
Pabs = Pman + Patm
CP1, pg.11
Figura A – Relação entre as diversas designações de pressão
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
12/37
Grandeza Extensiva N – Depende daquantidade de substância ou da massa dosistema.
Ex: massa e volume
Grandezas Extensiva e Intensiva
CP1, pg.12
Grandeza Intensiva η – Qualquer grandezaassociada a uma substância que seja
independente da sua massa.Ex: Temperatura, densidade e pressão
Eng 370- Fenômenos de Transporte
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
13/37
SISTEMA
SISTEMA – Quantidade de massa FIXA eidentificável. Pode possuir fronteiras fixas ou
móveis, não havendo transferência de massaatravés das mesmas.
CP1, pg.13
-
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
14/37
VOLUME DE CONTROLEEm processos com escoamento não é conveniente tratar
uma quantidade de massa fixa Volume de controle
Volume arbitrário através do qual o fluido escoa.A fronteira do volume de controle é a superfície de
controle, que pode ser real ou imaginária.
CP1, pg.14
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
15/37
VOLUME DE CONTROLE
CP1, pg.15
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
16/37
PROPRIEDADES
TERMODINÂMICAS
• São as características (grandezasfísico- uimicas ue servem ara
CP1, pg.16
descrever o sistema, como pressão,temperatura, volume, velocidade,posição.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
17/37
ESTADO TERMODINÂMICO DE
UM SISTEMA
• É a sua condição como descrita pelaatribuição de valores às suas
CP1, pg.17
instante.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
18/37
EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO• Estado termodinâmico caracterizado por
um valor uniforme (o mesmo por todo osistema) e estacionário (não varia como tem o das variáveis termodinâmicas.
CP1, pg.18
• Um sistema está em equilíbrio
termodinâmico com seu meio (vizinhança),dentro das condições a que estásubmetido, se é incapaz de uma mudança
espontânea, enquanto não variarem essascondi ões.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
19/37
EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO• Condições:
Equilíbrio Térmico (temperatura igual emtodo sistema
CP1, pg.19
Equilíbrio Mecânico (não há variação depressão)
Equilíbrio de Fase (massa constante decada fase)
Equilíbrio Químico (composição nãomuda com o tempo)
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
20/37
PROCESSO TERMODINÂMICOSérie de estados através dos quais um sistema
passa, ao mudar de um estado de equilíbriopara outro.
CP1, pg.20
É o resultado de uma sucessão contínua deestados de equilíbrio de um sistema. Um
processo é iniciado num estado de equilíbrio etermina em outro.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
21/37
PROCESSO TERMODINÂMICO
Isotérmico: temperatura permanece constante.
CP1, pg.21
Isobárico: pressão permanece constante.
Isocórico: volume permanece constante.
Adiabático: não há troca de calor.
O processo isocórico também é conhecido como isométrico.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
22/37
Processo
• Se as propriedades descrevem o estadode um sistema apenas quando ele está
CP1, pg.22
,os estados de um sistema durante umprocesso?
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
23/37
Processo de Quase-equilíbrio ou
quase-estáticos• Se na passagem de um estado para
outro o desvio de equilíbrio forinfinitesimal.
CP1, pg.23
Suposição: o sistema está em completoequilíbrio termodinâmico.
Processos que ocorrem relativamente lentos podem serconcebidos como quase-estáticos, e podem serrepresentados em qualquer diagrama formado porpropriedades termodinâmicas.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
24/37
CICLO TERMODINÂMICO
• Sistema parte de um dado estado inicial, percorrediferentes estados termodinâmicos, através dediferentes processos termodinâmicos, e retorna ao
CP1, pg.24
mesmo estado inicial.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
25/37
SUBSTÂNCIA PURA
Substância que possui uma composição químicafixa em toda sua extensão.
CP1, pg.25
Fase: Qualquer estado físico da matéria.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
26/37
SÓLIDO – LÍQUIDO E GÁS
O estado da matéria depende:
• Da distância média “d” entreas moléculas
• Do percurso médio livre ∆d
Atração
Repulsão
CP1, pg.26
0
8
0 10 d d cmd d ∆>>
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
27/37
Temperatura
• É o nome dado a grandeza física que expressa amedida da agitação dos átomos ou moléculas de
CP1, pg.27
,
ocasionado por esta vibração.• É uma propriedade intensiva.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
28/37
Lei Zero da Termodinâmica
• “Quando dois corpos têm igualdade
CP1, pg.28
corpo, eles terão igualdade detemperatura entre si.”
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
29/37
SUPERFÍCIE PVT• Cada estado de
equilíbrio érepresentado por um
CP1, pg.29
PvT e cada ponto nasuperfície representa
um estado de equilíbriopossível.
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
30/37
MUDANÇA DE FASE – SUBST.
PURA
CP1, pg.30
Mudança da fase líquida para vapor de uma substância pura à pressãoconstante
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
31/37
DIAGRAMA P-T e T-V
CP1, pg.31
Curva de pressão de vapor parauma substância pura
Diagrama T-volume para a águamostrando as fases líquida e vapor
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
32/37
DIAGRAMA T-V
CP1, pg.32
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
33/37
DIAGRAMA P-T
CP1, pg.33
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
34/37
DIAGRAMA P-T para o CO2
CP1, pg.34
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
35/37
DIAGRAMA P-T
CP1, pg.35Diagrama de fases da água
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
36/37
DIAGRAMA P-T
CP1, pg.36
8/17/2019 Termo - Aula 1 - [Modo de Compatibilidade]
37/37
DIAGRAMA T-V
CP1, pg.37