WEBAULA 1 - FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA

Prévia do material em texto

Fundamentos da Termodinâmica
Webaula 1
Prof. Dr. Iury Sousa e Silva
Iury Sousa e Silva
Formação:
Engenheiro Químico
Futuro Engenheiro Mecânico
Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho
MBA em Gestão de Projetos
Especialista em Metodologia de Ensino EAD
Mestre em Engenharia Química – Modelagem e Simulação de processos
Doutor em Engenharia Química – Modelagem, Simulação e Viabilidade de plantas industriais
Experiências:
Engenheiro de Processos – M&G Fibras Brasil
Coordenador de Qualidade, Tecnologia e Desenvolvimento – Frevo Brasil
Analista de Meio Ambiente – SEMMA Paulista
Professor e coordenador de curso – UNINASSAU/Grupo Ser Educacional
Contatos:
E-mail: iury.silva@sereducacional.com
Instagram: @prof.iurysousa
Linkedin: Iury Sousa e Silva
Organização da 
disciplina
WEBCONFERENCIA 1 20/11
WEBCONFERENCIA 2 25/11
WEBCONFERENCIA 3
Aula Prática
30/11
WEBCONFERENCIA 4 07/12
DATAS
AV2 – A partir de 23/12
AV Final – A partir de 07/01
• Manual da prática
• Webconferência Prática
• Relatório da prática
• Importância das AOLS
Unidade 1 - Introdução à termodinâmica
Unidade 2 - Energia e primeira lei da termodinâmica
Unidade 3 - Entropia e a segunda lei da termodinâmica
Unidade 4 -Máquinas térmicas e ciclo de Carnot
Organização da 
disciplina
Sugestão de livro
Cengel e Boles
Termodinâmica
Moran, Saphiro, 
Boettner e Bailey
Principios de 
Termodinâmica para 
Engenharia
Conhecer os fenômenos térmicos 
do dia a dia 
Conhecer os princípios de 
conservação de massa e energia
Conhecer parâmetros importantes 
de processos físicos e químicos 
(pressão, temperatura, volume..)
Importância da disciplina
Produção de energia
Altas tecnologias
Por que estudar termodinâmica?
Carros
Refrigeradores
Por que estudar termodinâmica?
O que é a Termodinâmica?
• É a ciência que trata das transformações de energia de
quaisquer espécies, umas nas outras. Estando incluídas as
formas de calor e trabalho.
• Termodinâmica Clássica
– Abordagem macroscópica
• Termodinâmica Estatística
– Abordagem microscópica
Termodinâmica Clássica (macroscópica)
Termodinâmica Estatística
(microscópica)
Mecânica dos 
Fluidos
Transferência de 
Calor
Conceitos fundamentais de
Termodinâmica
• Sistema
– É a quantidade de massa escolhida para a análise 
da termodinâmica
– Pode ser homogêneo ou heterogêneo
• Vizinhança
– É tudo aquilo que é externo ao sistema
• Fronteira
– É a superfície real ou imaginária que separa o 
sistema de sua vizinhança. Pode ser fixa ou móvel.
Exemplo: Gás contido em um cilindro com
uma parede móvel
Fronteira: paredes do 
recipiente
O sistema é o gás contido em um 
recipiente com uma parede 
móvel
A vizinhança é todo o ar externo 
ao recipiente
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
• Tipos de sistemas
– Sistemas abertos
• A fronteira permite a troca de energia e de matéria
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
• Tipos de sistemas
– Sistemas fechados
• A fronteira permite apenas a troca de energia
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
• Tipos de sistemas
– Sistemas isolados
• A fronteira não permite a troca de energia e nem de
matéria. Não há nenhum tipo de interação entre o
sistema e sua vizinhança
Exemplos
Sistema 
aberto
Sistema 
fechado
Sistema 
isolado
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
• Tipos de sistemas
– Sistemas isolados
• A fronteira não permite a troca de energia e nem de
matéria. Não há nenhum tipo de interação entre o
sistema e sua vizinhança
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
Classificação de propriedades de um sistema:
São classificadas como intensivas ou extensivas.
As intensivas são independentes do tamanho ou extensão do sistema (seu valor é independente da massa)
Ex: Temperatura, pressão e densidade, bem como o volume específico
As extensivas são valores que dependem do tamanho do sistema (seu valor é dependente da massa).
Ex: massa total, o volume tota, entalpia, entropia
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
Intensivas ou extensivas?
•massa (m);
•volume (V);
•massa específica (ρ);
•pressão (P);
•temperatura (T).
Sistema
Substância pura
Divido ao meio
m 
V
ρ
m/2 P
V/2 T
ρ
P 
T
Conceitos fundamentais de Termodinâmica
Intensivas:
Pressão; 
Temperatura; 
Massa específica;
Energia interna específica (u); 
Entalpia específica (h); 
Entropia específica (s).
Extensivas:
Massa (m);
Volume (V);
Energia interna (U);
Entalpia (H); 
Entropia (S).
Qual o interesse da Engenharia na Termodinâmica?
• Estudar sistemas e suas relações com a 
vizinhança.
– A termodinâmica é necessária para a análise de 
diversos processos que ocorrem em equipamentos
centrais termoelétricas, refrigeradores
industriais de grande importância, tais como
por
compressão de vapor, motores, etc.
• O domínio dessa ciência é essencial para a projeção
destes equipamentos e sistemas com o melhor custo-
benefício.
Descrevendo sistemas e seus
comportamentos
• Estado Termodinâmico de um sistema
– É a sua condição como descrito pelas suas
características físicas, ou seja, suas propriedades.
• Processo
– Ocorre quando há uma mudança de estado do
sistema. Os vários estados intermediários através
dos quais o sistema passa durante seu percurso do
estado inicial para o estado final é o caminho do
processo.
Descrevendo sistemas e seus
comportamentos
• Ciclo Termodinâmico
– Ocorre quando um sistema, em um determinado 
estado inicial, passa por vários processos e retorna 
ao estado inicial.
• A água que circula numa instalação termoelétrica a 
vapor, por exemplo, executa um ciclo Termodinâmico.
Descrevendo sistemas e seus
comportamentos
• Ciclo Termodinâmico
Esquema de geração de energia elétrica numa usina termoelétrica
Descrevendo sistemas e seus
comportamentos
• Temperatura
– É difícil encontrar uma definição exata.
– Noção de temperatura – sensação de calor ou frio 
quando toca-se um objeto
• Igualdade de temperatura
– Dois corpos possuem igualdade de temperatura se
não apresentarem alterações em qualquer
propriedade mensurável quando estiverem em
contato térmico.
Uma Variável de Processo: A Temperatura
se dois
• Temperatura
– É a propriedade física que determina 
corpos estão em equilíbrio térmico.
• Lei zero da Termodinâmica
– Quando dois copos possuem igualdade de
temperatura com um terceiro corpo, eles possuem
igualdade de temperatura entre si.
Uma Variável de Processo: A Temperatura
• Termômetros
Termômetro de 
bulbo
Termopar Termômetro de
gás
Unidades de temperatura:
T(oC) = T(K) – 273,15
T(R) = 1,8 T(K)
T(oF) = T(R) – 459,67
T(oF) = 1,8 T(oC) + 32
CELSIUS LORD KELVIN
RANKINE FAHRENHEIT
Uma Variável de Processo: A Temperatura
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://paginas.terra.com.br/arte/fisiklain/celsius_face.jpg&imgrefurl=http://paginas.terra.com.br/arte/fisiklain/anders_celsius.htm&usg=__bub6W0h6LvoJzHVzAA7qDXOzq_I=&h=729&w=546&sz=44&hl=pt-BR&start=1&tbnid=wITvy7fTtZssBM:&tbnh=141&tbnw=106&prev=/images?q=CELSIUS&gbv=2&hl=pt-BR
http://zapatopi.net/kelvin/regal_kelvin.jpg
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.universitystory.gla.ac.uk/images/UGSP00025_m.jpg&imgrefurl=http://www.universitystory.gla.ac.uk/biography/?id=WH0067&type=P&usg=__nlLBTs4BYC5Yh5j62XiEv0Ed31A=&h=400&w=306&sz=25&hl=pt-BR&start=6&tbnid=bWy9WZ-2zeeDZM:&tbnh=124&tbnw=95&prev=/images?q=RANKINE&gbv=2&hl=pt-BR&sa=X
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.lyc-schweitzer-mulhouse.ac-strasbourg.fr/spip/IMG/jpg/image004-4.jpg&imgrefurl=http://www.lyc-schweitzer-mulhouse.ac-strasbourg.fr/spip/spip.php?article548&usg=__WZ8_2ERTc5J8eszU3Y9xVYZ_Dfw=&h=216&w=216&sz=6&hl=pt-BR&start=4&tbnid=5fYZneiuwq3XaM:&tbnh=107&tbnw=107&prev=/images?q=Gabriel+Daniel+Fahrenheit&gbv=2&hl=pt-BR&sa=G
Exemplo 1
Um termômetro foi graduado segundo uma escala arbitrária X, de tal forma que as temperaturas 10ºX e
80ºX correspondem a 0ºC e 100ºC, respectivamente. A temperatura em X que corresponde a 50ºC é:
a) 40ºXb) 45ºX
c) 50ºX
d) 55ºX
e) 60ºX
Exemplo 1
Um termômetro foi graduado segundo uma escala arbitrária X, de tal forma que as temperaturas 10ºX e
80ºX correspondem a 0ºC e 100ºC, respectivamente. A temperatura em X que corresponde a 50ºC é:
a) 40ºX
b) 45ºX
c) 50ºX
d) 55ºX
e) 60ºX
𝑇 º𝐶 − 0
100 − 0
=
𝑇 º𝑋 − 10
80 − 10
𝑇 º𝐶
100
=
𝑇 º𝑋 − 10
70
T(ºX)−10 =
70.𝑇(º𝐶)
100
T(ºX)=
70.𝑇(º𝐶)
100
+ 10
T(ºX)=
70.50
100
+ 10
T= 45º𝑋
Calor latente x Calor sensível
A quantidade de energia absorvida ou liberada durante um
processo de mudança de temperatura é chamada de calor
sensível.
A quantidade de energia absorvida ou liberada durante um
processo de mudança de fase (sólido, líquido, gasoso) é
chamada de calor latente.
Exemplo: Água
Calor latente x Calor sensível
Durante a fusão, a quantidade de energia absorvida é chamada
de calor latente de fusão e é equivalente à quantidade de
energia liberada durante a solidificação.
Da mesma forma, a quantidade de energia absorvida durante a
vaporização é chamada de calor latente de vaporização.
DILATAÇÃO LINEAR
L0
L
ΔL=L-L0
TLL = ..0 
α é o coeficiente 
de dilatação linear


.3
..0
=
= TVV
DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
Exemplo 2
Determine a variação de volume de uma esfera de alumínio com um raio inicial de 10 cm quando a esfera
é aquecida de 0°C para 100°C? α=23.10-6 ºC-1 (Coeficiente de dilatação linear do alumínio).
Exemplo 2
Determine a variação de volume de uma esfera de alumínio com um raio inicial de 10 cm quando a esfera
é aquecida de 0ºC para 100ºC? α=23.10-6 ºC-1 (Coeficiente de dilatação linear do alumínio).
Obs: O problema pede a Variação de volume do material, logo:
Sabendo que,
𝛾 = 3α
𝛾 = 3 𝑥 23.10−6
𝛾 = 69.10−6 ºC-1
E que o volume da esfera é dado por:
𝑉 =
4
3
𝜋𝑅2
𝑉 =
4
3
. 3,14. 102
𝑉 = 4186,67𝑐𝑚3
Logo,
ΔV= 𝑉0. 𝛾. ∆𝑇
ΔV= 4186,67.69.10−6.(100-0)
ΔV= 28,89𝑐𝑚3
• Propriedades Termodinâmicas
– Pressão
• Definida como a componente normal da força por 
unidade de área.
• Pressão absoluta
• Pressão manométrica ou efetiva
– É a diferença entre a pressão absoluta e a pressão 
atmosférica atuando no medidor.
Outra Variável de Processo: A Pressão
• Propriedades Termodinâmicas
– Pressão
Outra Variável de Processo: A Pressão
Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica é simplesmente o
princípio da conservação da energia.
Esse princípio assegura que a energia é uma
propriedade termodinâmica.
Segunda Lei da Termodinâmica
A Segunda Lei da Termodinâmica assegura que
a energia possui qualidade bem como
quantidade, e que os processos reais ocorrem
na direção da diminuição da qualidade da
energia.
PRÓXIMOS
PASSOS
Fazer a AOL
Contribuir com o Desafio 
Colaborativo
Leitura prévia da Unidade 
2
OBRIGADO
Prof. Dr. Iury Sousa e Silva
E-mail:
iury.silva@sereducacional.com
Instagram: 
@prof.iurysousa
Professor Executor EAD
título
▪ Não mais que seis 
bullets por slide
▪ Não mais que uma 
mensagem por slide
▪ Use linguagem visual 
como apoio para o texto