Termodinamica_Termodinamica

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TermodinâmicaTermodinâmica 
Prof. Felipe Raúl Ponce ArrietaProf. Felipe Raúl Ponce Arrieta 
Prof. Felipe R. P. ArrietaProf. Felipe R. P. Arrieta 
22dada lei da Termodinâmicalei da Termodinâmica 
Observação prática: existe uma direção definida 
para processos espontâneos. 
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22dada lei da Termodinâmicalei da Termodinâmica 
Aspectos da segunda lei da termodinâmica: 
 Prever a direção de processos; 
 Estabelecer as condições para o equilíbrio; 
 Determinar o melhor desempenho teórico de ciclos, motores, etc.; 
 Avaliar quantitativamente os fatores que impedem a obtenção do 
melhor nível de desempenho teórico; 
 Definir uma escala de temperaturas independente das 
propriedades da substância termométrica; 
 Desenvolver meios para avaliar propriedades tais como ‘u’ e ‘h’. 
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22dada lei da Termodinâmicalei da Termodinâmica 
Enunciado de ClausiusEnunciado de Clausius 
È impossível para 
qualquer sistema operar 
de maneira que o único 
resultado seria a 
transferência de energia 
sob a forma de calor de 
um corpo mais frio para 
um corpo mais quente. 
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22dada lei da Termodinâmicalei da Termodinâmica 
Enunciado de Kelvin Enunciado de Kelvin -- PlankPlank 
È impossível para qualquer 
sistema operar em um ciclo 
termodinâmico e fornecer 
uma quantidade líquida de 
trabalho para as suas 
vizinhanças enquanto 
recebe energia por 
transferência de calor de 
um único reservatório 
térmico. 
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Processos irreversíveis e reversívelProcessos irreversíveis e reversível 
Processos irreversíveis: 
acontece quando o sistema e 
todas as partes que 
compõem suas vizinhanças 
não puderem ser 
restabelecidos a seus 
respectivos estados iniciais. 
Processos reversíveis: 
acontece quando o sistema e 
todas as partes que compõem 
suas vizinhanças puderem 
retornar a seus respectivos 
estados iniciais. 
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Causas de irreversibilidadesCausas de irreversibilidades 
 Transferência de calor através de uma diferença finita de 
temperaturas; 
 Expansão não resistida de um gás ou um líquido até uma pressão 
mais baixa; 
 Reação química espontânea; 
 Mistura espontânea de matéria em estados ou composições 
diferentes; 
 Atrito: de rolamento ou de escoamento de fluidos; 
 Fluxo de corrente elétrica através de uma resistência; 
 Magnetização ou polarização com histerese; 
 Deformação inelástica; 
 Etc. 
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Aspectos das irreversibilidadesAspectos das irreversibilidades 
Tipos: 
 Internas: são aquelas que ocorrem dentro do sistema; 
 Externas: são aquelas que ocorrem nas vizinhanças do sistema, 
frequentemente nas vizinhanças imediatas. 
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Processos reaisProcessos reais 
 São sempre irreversíveis (imperfeitos); 
 A manifestação das irreversibilidades pode ser sempre 
demonstrada empregando os enunciados da segunda lei; 
 Para quantificar as irreversibilidades utiliza-se a geração de “s”; 
 Processos reais podem acontecer de maneira aproximadamente 
reversível (de maneira quase perfeita). 
Foco do engenheiro: 
 Reconhecer as irreversibilidades e usá-las a favor se conveniente; 
 Avaliar a sua influencia dentro do processo; 
 Desenvolver meios práticos para reduzi-las. Desde que o contexto 
econômico assim o permita. 
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Processos reaisProcessos reais 
“Engenharia não é suficiente” 
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Processo internamente reversívelProcesso internamente reversível 
 Não há irreversibilidades internas; 
 O mesmo consiste em uma série de 
estados de equilíbrio, é um processo em 
quase-equilíbrio; 
 Sua modelam termodinamicamente é 
de maneira mais simples, e os seus 
resultados são corrigidos através de 
eficiências ou fatores de correção 
visando obter estimativas do processo 
real; 
 É útil para determinar o melhor 
desempenho termodinâmico do sistema. 
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22dada Lei e Ciclos termodinâmicosLei e Ciclos termodinâmicos 
Ciclos de PotênciaCiclos de Potência 
O enunciado de Kelvin impõe uma 
Limitação de desempenho, ou seja, 
 <100% 
Corolários de Carnot: 
 Irrev.<Rrev. Quando ambos 
operam entre os mesmos 
reservatórios térmicos; 
 Todos os ciclos de potência 
reversíveis operando entre os 
mesmos dois reservatórios 
térmicos possuem a mesma 
eficiência térmica. 
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22dada Lei e Ciclos termodinâmicosLei e Ciclos termodinâmicos 
Ciclos de Refrigeração e Bombas de calorCiclos de Refrigeração e Bombas de calor 
O enunciado de Clausius impõe a 
necessidade de consumir trabalho 
para que aconteça a transferência de 
calor do reservatório frio ao quente. 
Corolários de Carnot: 
 Irrev.<Rrev. Quando ambos 
operam entre os mesmos 
reservatórios térmicos; 
 Todos os ciclos de 
refrigeração (ou BC) reversíveis 
operando entre os mesmos dois 
reservatórios térmicos possuem 
a mesma eficiência térmica. 
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Escala de Temperatura KelvinEscala de Temperatura Kelvin 
Para um ciclo de potência reversível: 
Ou seja: 
Considerando o ponto triplo 
da água igual a 273,16 K: 
.Re
16,273
vCicloPTQ
Q
T 


A partir do anterior pode-se dizer: 
 “Q” é a propriedade termométrica; 
 “T” independe da substância, pois desta não depende max 
 Q>0, portanto, sempre T>0 na escala Kelvin. 
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Escala de Temperatura KelvinEscala de Temperatura Kelvin 
Pontos definidos na 
escala de temperaturas 
internacional de 1990. 
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Ciclo de potência de CarnotCiclo de potência de Carnot 
Dois processos isotérmicos e dois adiabáticos: 
 Processo 1-2: Expansão adiabática Q = 0; 
 Processo 2-3: Mudança de fase Vapor – Líquido a T = constante; 
 Processo 3-4: Compressão adiabática Q = 0 
 Processo 4-1: Mudança de fase Líquido – Vapor a T = constante. 
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Ciclos de Carnot (Gás)Ciclos de Carnot (Gás) 
Ciclo de Potência Ciclo de Refrigeração ou 
bomba de calor 
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22dada Lei da Termodinâmica Lei da Termodinâmica –– ProblemaProblema 
Explorando os fundamentos (5.19 e 5.21)Explorando os fundamentos (5.19 e 5.21) 
Prof. Felipe R. P. ArrietaProf. Felipe R. P. Arrieta 
22dada Lei da Termodinâmica Lei da Termodinâmica –– ProblemaProblema 
Aplicações (5.44 e 5.58)Aplicações (5.44 e 5.58) 
Prof. Felipe R. P. ArrietaProf. Felipe R. P. Arrieta 
22dada Lei da Termodinâmica Lei da Termodinâmica –– ProblemaProblema 
Ciclos de Carnot (5.63)Ciclos de Carnot (5.63)