Capítulo 1

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ENG07079 – Termodinâmica 1 – Prof. André R. Muniz 1
ENG07079 
Termodinâmica para Engenharia 
Química I
Prof. André R. Muniz
1. Introdução e Conceitos Básicos
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Termodinâmica:
Estudo de processos que envolvam 
transformações de energia em um sistema. 
Análise de processos em equilíbrio.
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Termodinâmica:
Estudo de processos que envolvam 
transformações de energia em um sistema. 
Análise de processos em equilíbrio.
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Termodinâmica:
Estudo de processos que envolvam 
transformações de energia em um sistema. 
Análise de processos em equilíbrio.
líquido
vapor
T P
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1800 1900 2000
Carnot, 
Joule, Watt, 
Kelvin
Clausius, Boltzmann
Gibbs
Máquinas Térmicas
(vapor)
Processos Físico-Químicos
(termodinâmica química)
Visão microscópica
(termodinâmica estatística)
Física
Química
Engenharias
Ciência de Materiais
Sistemas biológicos
Teoria da Informação
Astrofísica
Geologia
...
Aplicação Multi/Inter-disciplinar
Breve histórico...
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Transformações físicas e químicas 
sofridas pela matéria
Termodinâmica
“Pilares” fundamentais:
Taxas, velocidades 
Processos fora do equilíbrio
Viabilidade, limites
Processos em equilíbrio
Processos da indústria química
Fenômenos de Transporte 
(Transferência de Calor e Massa, 
Mecânica de Fluidos)
Cinética QuímicaTermodinâmica Fenômenos de Transporte 
(Transferência de Calor e Massa, 
Mecânica de Fluidos)
Cinética Química
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Transformações físicas e 
químicas sofridas pela 
matéria
Processos da 
indústria química
Matéria-Prima
Reação
Produtos
Separação
Sub-produtos
Resíduos
calor, trabalho calor, trabalho
Reciclo
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Transformações físicas e 
químicas sofridas pela 
matéria
Processos da 
indústria química
Matéria-Prima
Reação
Produtos
Separação
Sub-produtos
Resíduos
Reciclo
calor, trabalho calor, trabalho
Balanços de energia (T1)
Equilíbrio Químico (T2)
1ª e 2ª Leis: balanços de 
energia e entropia (T1)
Equilíbrio de fases (T2) 
Termodinâmica de Misturas (T2)
Cálculo de propriedades termodinâmicas: PvT, entalpia, entropia, fugacidade, etc. (T1 e T2)
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Geração/conversão/consumo de energia
1ª e 2ª Leis da 
Termodinâmica
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Algumas coisas que aprenderemos nesta disciplina: 
Calcular quanta energia é necessária para conduzir um processo físico-
químico, ou quanta energia posso extrair de um processo, determinando 
seu rendimento e eficiência
Entender e aplicar novos conceitos e variáveis – energia interna, entalpia, 
entropia, energia livre, fugacidade, etc – na análise de processos 
industriais e em situações cotidianas
Calcular as propriedades de fluidos puro sob condições diversas - como, 
por quê, e para quê
Conhecer e analisar diversos processos industriais típicos, do ponto de 
vista termodinâmico – compressão de gases, geração de vapor, conversão 
de energia, refrigeração, liquefação de gases
Leis da Termodinâmica: quais são, o que representam e para que servem
Utilizar ferramentas computacionais nos cálculos – planilhas eletrônicas, 
simuladores de processos, pacotes termodinâmicos, etc.
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Vamos começar introduzindo alguns conceitos 
fundamentais: 
Equilíbrio
Variáveis intensivas e extensivas
Variáveis mensuráveis – volume, temperatura, pressão
Estado termodinâmico e regra das fases
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Estado de equilíbrio
 Ausência de modificações ou mesmo tendência 
para qualquer modificações em escala 
macroscópica
 Não varia com o tempo
Sistema uniforme, ausente de gradientes internos 
de temperatura, pressão, velocidade ou 
concentração, ou formado por subsistemas 
uniformes
Estável a pequenas perturbações
 Fluxos de calor, massa e realização de trabalho 
nas vizinhanças é zero
 A taxa líquida de reações químicas é zero
Conceitos e Definições
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T = T1
A
T = T2
B
longo tempo....
TA > TB
T = T3 T = T3
A B
TA = TB
Equilíbrio Térmico
Conceitos e Definições
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P1 > P2P1 = P2
1 2
Equilíbrio Mecânico
Conceitos e Definições
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longo tempo....
Equilíbrio Químico
Conceitos e Definições
A  B A = B
 = ??? (mais tarde saberemos…)
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Pressão e temperatura são propriedades termodinâmicas mensuráveis
Temperatura Pressão
Unidades comuns: 1 bar = 105 N/m2 = 105 Pa = 
100 kPa = 0,9869 atm = 750,06 mmHg = 14,05 Psi
TA = TB = T
T
P
Conceitos e Definições
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Conceitos e Definições Energia cinética molecular vs Temperatura
T1 < T2 < T3
Distribuição de Maxwell-Boltzmann
k: constante de Boltzmann
N: número de partículas
T1
T2 = 4 T1
T3 = 8 T1
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Conceitos e Definições Energia cinética molecular vs Temperatura
Ex: O2
Distribuição de Maxwell-Boltzmann
k: constante de Boltzmann
N: número de partículas
Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%E2%80%93Boltzmann_distribution
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Pressão
F F
Conceitos e Definições
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Variáveis intensivas vs extensivas
 variável intensiva: variável cuja magnitude 
independe da quantidade de matéria, ou em outras 
palavras, não depende do tamanho do sistema. 
Ex: temperatura, pressão, fração molar, volume 
específico, massa específica, energia específica.
As variáveis extensivas podem ser transformadas em variáveis intensivas, dividindo-as pela massa total ou 
número de moles total. Exemplo: volume vs volume específico
Notação a ser usada na disciplina: extensivas maiúsculas (V, H, U, S, ...) e intensivas minúsculas (v, h, u, 
s, ...). Cuidar base mássica/molar; manter consistência.
variável extensiva: variável cujo valor depende 
da quantidade de matéria, ou seja, depende do 
tamanho do sistema. 
Ex: massa, número de moles, volume, energia 
interna, entalpia, entropia.
Conceitos e Definições
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Estado Termodinâmico
Estado: conjunto de propriedades do sistema em um certo instante. Este define todas as 
propriedades intensivas do sistema.
Utiliza-se o termo variável de estado para designar toda variável intensiva de um sistema em 
equilíbrio, sendo estas, a pressão, temperatura, volume específico, energia interna específica, entre 
outras.
Obs: Fase: estado de aglomeração do sistema – líquido, sólido, gás, vapor.
Conceitos e Definições
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Estado Termodinâmico e Regra das Fases
G: graus de liberdade = número de variáveis intensivas independentes 
que devem ser fixadas para estabelecer o estado do sistema.
F: número de fases.
N: número de componentes.
Ex: fluido homogêneo puro: G = 2
(ou seja, para um fluido puro, em uma fase, devem-se conhecer duas variáveis de estado, as demais se definem)
Mistura líquido e vapor de um componente: G = 1
Mistura líquido e vapor de dois componentes: G = 2
Ponto triplo: G = 0
Existe um numero mínimo de variáveis de estado requerido para definir o estado 
de um sistema, definido pela Regra das fases de Gibbs
G = 2 – F + N
Retomaremos a estes tópicos/definições mais tarde...
Conceitos e Definições