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Termodinâmica
Capítulo 1
Conceitos e Definições
IFSUL – Campus Sapucaia do Sul Prof. Dr. Enio C. M. Fagundes
Plano de ensino
• O plano de ensino está no Q-acadêmico com
os conteúdos e datas das verificações. Leia o
arquivo para ficar bem informado.
• Informações sobre as verificações, pesos ,
média se encontram neste arquivo.
• A presença dos alunos e a execução de
verificações seguirá a organização didática,
controle as faltas e não esqueça das datas das
verificações.
Definição de termodinâmica
A termodinâmica estuda as relações de transferências de energia
entre um sistema e seu meio ambiente e as variações resultantes
na temperatura ou mudanças de estado.
Alguns desafios para a engenharia e áreas afins:
- aperfeiçoamento do uso de fontes convencionais de energia
- uso mais intenso das fontes renováveis
- reestruturação do uso da energia (recuperação de energia)
-aumento do rendimento
Algumas áreas de atuação da termodinâmica
Motores de automóveis
Aplicações na bioengenharia e área biomédica
Turbinas
Compressores
Bombas
Estações de energia de combustíveis fósseis ou nuclear
Sistemas de propulsão de aeronaves e foguetes
Sistemas de combustão
Sistemas criogênicos, separação de gases e liquefação
Aquecimento, ventilação , sistemas de ar condicionado
Turbinas a gás e a vapor
Estação espacial
Motor turbo-jato
Aplicações em biomédica
Refrigeração
Planta de geração de energia elétrica
Motores de automóveis
GastaEnergia
ÚtilEnergia

Rendimento de máquinas térmicas ()
Máquina Térmica
Condições de 
Operação
Rendimento
(%) 
Motor de Automóvel a 
gasolina (velas)
ótima
estável (100 km/h)
estável (75 km/h)
25
18
12
Motor de caminhão (diesel) carga plena
meia carga
35
31
Locomotiva (diesel) ótima 30
Turbina a gás (75 kW)
a) com regeneração
b) sem regeneração
ótima
ótima
16
12
Turbina a gás ( >7500 kW)
a) com regeneração
b) sem regeneração
ótima
ótima
34
25
Planta a vapor ( >35000 kW ) ótima 41
Rendimentos aproximados de máquinas térmicas
Conversor Tipo de Conversão Rendimento (%) 
Forno doméstico Química a Térmica 70
Bateria Química a Elétrica 70
Bateria seca Química a Elétrica 90
Célula de combustível Química a Elétrica 70
Motor elétrico Elétrica a Mecânica 90
Lâmpada fluorescente Elétrica a Radiante 21
Lâmpada incandescente 
Elétrica a Radiante 
7
Foguetes Química a Cinética 45
Motores de Avião (jato) Química a Cinética 40
Turbina Elétrica Potencial a Mecânica 95
Rendimentos aproximados de máquinas térmicas
quantidade unidade
massa kg (quilograma)
comprimento m (metro)
tempo s (segundo)
temperatura K (kelvin)
quantidade definição unidade
velocidade m/s
aceleração m/s2
força F=m.a Kg.m/s2 = N (newton)
pressão P=F/A N/m2 = Pa (pascal)
energia W=F.d N.m = J (joule)
energia W=p.V (N/m2).m3 = J
potencia Potência=F.V N.m/s = J/s = W (watt)
Unidades do SI (sistema internacional de unidades.
Prefixos padrão das unidades SI
Medidas de massa, comprimento, tempo e força
A unidade básica SI para a temperatura é o kelvin, K.
Unidades Inglesas de Engenharia
Comprimento : o pé, simbolizado por ft
1 ft = 0,3048 m. A polegada, in, 12 in = 1 ft
Massa: a libra-massa, simbolizada por lbm (alguns autores utilizam lb)
1 lbm = 0,45359237 kg
Força : a libra-força, simbolizada por lbf
1lbf = (1lbm)*(32,1740ft/s2) = 32,1740 lbm.ft/s2
Obs: aqui a parte decimal está sendo representado com vírgula, mas no
sistema inglês a vírgula é representada por ponto. As tabelas vindas do inglês
são representadas por ponto também.
Unidades e conversão de unidades
Definições Termodinâmicas
Sistema:
É o objeto da análise. É tudo aquilo que se deseja estudar. A
composição da matéria dentro do sistema pode ser fixa ou variar
com o tempo. Encontra-se numa dada região do espaço rodeada por
uma superfície real ou conceitual chamada fronteira.
Obs: a fronteira tem espessura zero, logo não contém massa nem volume.
Vizinhança do sistema: 
É a região do espaço exterior ao sistema, que pode influenciar o
comportamento ou condição do sistema (pode ser isolado do
sistema). Está no lado de fora da fronteira.
Universo:
União sistema-vizinhança.
Tipos de sistemas:
Sistema Aberto: 
“Troca energia e matéria com o meio externo”
Ex: “lata de refrigerante aberta”
Obs: Um sistema aberto ou um volume de controle em geral inclui fluxo 
de massa, por ex: um compressor , uma turbina, um bocal.
Sistema Fechado: 
“Troca energia, mas não troca matéria”
Ex: “lata de refrigerante fechada”
Sistema Isolado: 
A fronteira do sistema é totalmente impermeável à energia e à 
matéria.
Ex: Uma garrafa térmica perfeita
Volume de controle
Uma região delimitada por uma fronteira prescrita. A massa pode
cruzar a fronteira de um volume de controle.
As fronteiras de um volume de controle são chamadas de superfície
de controle. As superfícies de controle podem ser reais ou
imaginárias (conforme pode ser visualizado abaixo).
A condição de um sistema varia, em geral, no decurso do
tempo. Num dado instante a condição de um sistema é
definida pelas suas propriedades.
A abordagem macroscópica da termodinâmica se preocupa
com o comportamento geral ou global, denominada de
termodinâmica clássica.
A abordagem microscópica da termodinâmica é conhecida
como termodinâmica estatística, que se preocupa com a
estrutura da matéria.
Nesta disciplina será abordada a termodinâmica clássica, pois
fornece base para aplicações, uma análise mais direta e menor
complexidade matemática.
Propriedade
Qualquer característica macroscópica de um sistema, tal como massa,
volume, energia, pressão e temperatura, para as quais um valor
numérico pode ser atribuído num dado instante sem o conhecimento
do comportamento prévio do sistema (história) é chamada
propriedade.
O valor das propriedades não dependem da história, isto é não
dependem do processo.
Algumas grandezas não são propriedades como o trabalho e o calor.
Propriedade extensiva – quando seu valor para o sistema
como um todo é a soma de seus valores para as partes nas
quais o sistema é dividido. Exemplo: massa, volume,
energia. Dependem do tamanho ou da extensão de um
sistema. Podem variar com o tempo.
Propriedade intensiva – não são aditivas. Seus valores são
independentes do tamanho ou da extensão de um sistema,
e podem variar de local para local no interior de um sistema
a qualquer momento. Podem ser funções da posição e do
tempo. Exemplo: volume específico, pressão e temperatura.
Exemplo: Um alteres em equilíbrio térmico
Massa e Volume = soma das partes (propriedade
extensiva)
Temperatura – não é dada pela soma das partes. Ela é a
mesma para cada parte (propriedade intensiva)
Um modo fácil de determinar se a
propriedade é intensiva ou
extensiva é:
Dividir o sistema em duas partes
iguais com uma partição
imaginária.
Cada parte terá propriedades
intensivas com o mesmo valor do
sistema original, mas metade do
valor no caso de propriedades
extensivas.
Estado
Condição de um sistema como descrito por suas propriedades. Um
estado pode ser especificado fornecendo-se o valor de um
subconjunto de propriedades. Todas as outras propriedades podem
ser determinadas a partir destas poucas.
Quando qualquer propriedade de um sistema é alterada, ocorre uma
mudança de estado e diz-se que o mesmo percorreu um processo.
Sistema em regime permanente – quando nenhuma de suas
propriedades varia com o tempo
Um sistema em dois
estados diferentes
Ciclo termodinâmico – é uma sequência de processos que começa
e termina no mesmo estado. Ao final do ciclo as propriedades são
as mesmas do início.
Fase – refere-se a quantidade de matéria que é homogênea na
composição química e na estrutura física. Um sistema pode ter
mais de uma fase (sólido , líquido, vapor).
Substância pura – é aquela que é uniforme e invariável na
composição química. Uma substância pura pode existir em mais de
uma fase. Água na forma de líquido e vapor formam um sistema de
duas fases, este sistema é uma substância pura, pois cada fase tem
a mesma composição.Uma mistura uniforme de gases também é
considerado uma substância pura se esta permanecer como um gás
e não reagir quimicamente.
Equilíbrio além do equilíbrio de forças como na mecânica, há
também um equilíbrio de outras influências. Vários tipos de
equilíbrio devem existir para se estabelecer a condição de
total equilíbrio, como equilíbrio mecânico, térmico, equilíbrio
de fase, equilíbrio químico.
Teste para verificar se há equilíbrio termodinâmico: isola-se o
sistema de suas vizinhanças, aguarda-se por mudanças nas
propriedades observáveis. Se não ocorrerem mudanças
conclui-se que o sistema estava em equilíbrio no momento
que foi isolado.
No equilíbrio a temperatura fica uniforme, assim como a
pressão (desconsiderando o efeito da gravidade)
O sistema é denominado sistema simples e compressível
se não existirem efeitos elétricos, magnéticos, gravitacionais, de
movimento e de tensão superficial atuando
Variação ou mudança de estado: ocorre, quando o valor de pelo
menos uma propriedade primitiva se altera.
Nota: não confundir mudança de estado com transição de fase.
Caminho: conjunto completo de estados assumidos por um sistema
durante uma variação de estado.
O postulado de estado requer que duas propriedades intensivas
especificadas sejam independentes para que o estado seja definido.
Duas propriedades são independentes se uma propriedade puder
ser variada enquanto a outra permanece constante (T e v por
exemplo).
Volume específico
A matéria é considerada uniformemente distribuída ao longo de
uma região (hipótese do contínuo). Quando as substâncias
podem ser tratadas como um meio contínuo pode-se falar de
propriedades termodinâmicas intensivas em “um ponto”.
A massa específica, , em um ponto é definida por:
V’ é o menor volume no qual existe um valor 
definido para esta razão
A massa, m, em um certo volume é dada por:
O volume específico, v, é definido como: 
v, também é uma propriedade intensiva
As propriedades intensivas podem variar ponto a ponto em um sistema
Unidade de v = m3/kg
Quantidade de uma substância em base molar – razão da
massa, m (kg), de uma substância pelo peso molecular, M
(kg/kmol). Unidades no SI = mol. Unidade inglesa= lbmol.
O numero de moléculas para 1 gmol é o número de Avogrado
= 6,022 x 1023.
Para assinalar que uma propriedade está em base molar uma 
barra é utilizada acima do símbolo. Logo, ,significa o volume 
por mol ou kmol
Pressão Sob o ponto de vista do contínuo. A’ (área
num ponto) é definida de forma
semelhante a V’ visto anteriormente.
Se o fluido estiver em repouso a pressão no ponto será a
mesma em todas as direções, considerando o equilíbrio de
forças em um elemento de volume circundando o ponto.
No entanto a pressão pode variar de ponto a ponto em um
fluido estático, como exemplo a variação da pressão atmosférica
com a altura, a variação da pressão com a profundidade no
oceano,etc.
No decorrer das aulas considera-se que a pressão em um ponto
é igual a tensão normal naquele ponto
Pressões relativas a mesma altura 
são iguais, ou seja: pa = pb
A pressão do gás é:
Medição da pressão
= densidade do líquido
g = aceleração da gravidade local
Ambas consideradas constantes.
Exemplo: Utiliza-se um manômetro para medir a pressão em um
recipiente. O fluido que se emprega tem uma densidade de 850 kg/m3 e
a altura da coluna do manômetro é de 55 cm. Se a pressão atmosférica
local é de 96 kPa, determine a pressão absoluta dentro do recipiente.
Considere g= 9,81 m/s2.
=850 kg/m3
L= 55 cm = 0,55 m
p atm= 96 kPa = 96000 Pa
p=patm + .g.L
p= 96000 + 850.9,81.0,55
p= 100586,2 Pa = 100,6 kPa
Sugestão: coloque os dados
do problema com as unidades
no SI, pressão em Pa (N/m2),
densidade em kg/m3,
aceleração da gravidade em
m/s2, altura em m. Se as
unidades estiverem todas no
SI o resultado final terá valor
e unidade correta no SI.
Barômetro de mercúrio
patm = pvapor + m.g.L
Como pvapor é muito menor que a 
patm pode-se considerar que:
patm = m.g.L
Exemplo: Medição da pressão atmosférica com um barômetro
Determine a pressão atmosférica em um lugar onde a leitura
barométrica é 740 mmHg e a aceleração gravitacional é g= 9,81 m/s2.
Suponha que a temperatura do mercúrio é de 10°C e sua densidade é
de 13570 kg/m3.
patm = m.g.L
m= 13570 kg/m
3
g=9,81 m/s2
L = 740 mm = 740/1000 = 0,74 m
Patm = 13570.9,81.0,74 = 98510,058 Pa
Manômetros
tipo tubo de Bourdon
Outros dispositivos
Transdutores de
pressão – são sensores
de pressão eletrônicos
que utilizam várias
técnicas para converter
o efeito da pressão em
um sinal elétrico, como
mudança da voltagem,
resistência,
capacitância. São
pequenos, rápidos,
confiáveis e precisos.
Pressão - Unidade no SI
Múltiplos do pascal
Valor padrão de referência 1 atm = 1,01325 x 105 N/m2
= 14,696 lbf/in2
= 760 mmHg = 29,92 inHg
1 bar = 105 N/m2 , logo é aproximadamente = 1 atm
Quando a pressão do sistema é maior que a patm local, tem-se a
pressão manométrica positiva:
p(manométrica) = p(absoluta) – patm
Quando a patm local é maior que a pressão do sistema tem-se a
pressão manométrica negativa ou pressão de vácuo:
p(vácuo) = patm – p(absoluta)
vácuo 
absoluto
vácuo 
absoluto
Exercícios
Um medidor de vácuo conectado a uma câmara marca 39,99 kPa em
um lugar onde a pressão atmosférica é de 99,97 kPa. Determine a
pressão absoluta na câmara.
p(vácuo) = patm – p(absoluta)
pabs = patm – pvácuo
pabs = 99,97 – 39,99 = 59,98 kPa
A pressão manométrica em uma prensa marca 19613,3 kPa em um
lugar onde a pressão atmosférica é de 99,97 kPa. Determine a
pressão absoluta .
p(manométrica) = p(absoluta) – patm
pabs = p manom + patm
Pabs = 19613,3 + 99,97 = 19713,27 kPa
Temperatura e Lei Zero da Termodinâmica
Através dos sentidos - tato e temperatura (tem-se a sensação de
mais ou menos quente, mas isto pode ser enganoso)
Dois blocos de cobre A e B em temperaturas diferentes
Quando colocados em contato um com o outro e isolados da
vizinhança
Ocorre interação térmica entre eles (pode-se medir o volume dos
blocos. O volume do bloco mais quente é maior inicialmente)
Pode-se medir a resistência elétrica (o bloco mais quente tem menor
resistência elétrica)
Figura 1. (a) Medida de temperatura do Bloco A; (b) Medida de Temperatura do bloco B.
Com o tempo estas propriedades entram em equilíbrio (volume e
resistência elétrica) cessando as diferenças nestas propriedades
(alcance do equilíbrio térmico)
Quando os dois blocos estiverem em equilíbrio suas temperaturas
serão iguais.
Equilíbrio Térmico:
- Ausência de troca de energia.
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA:
“ Se o corpo A e B estiverem separadamente em equilíbrio
térmico com um terceiro corpo C, então A e B, estão em equilíbrio
térmico entre si “
TEMPERATURA (conceitualmente):
- Propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio
térmico com outro corpo
Para ver se dois corpos estão a mesma temperatura não é
necessário colocá-los em contato entre si, basta verificar se
estão em equilíbrio com um terceiro – o termômetro.
Escalas de temperaturas
Escalas de temperatura Kelvin e Rankine
O zero absoluto da escala Rankine coincide com o zero absoluto da
escala kelvin.
T(°R) = 1,8.T(K)
Escala Celsius e Kelvin
Acordo internacional – definido um ponto fixo padrão neste caso o
ponto triplo da água (Este é o estado de equilíbrio entre vapor,
gelo e água líquida, definido como 273,16 K).
O intervalo de temperatura entre o ponto de gelo (273,15K) e o
ponto de vapor é de 100 K, e na escala Celsius também de 100°C
T(°C) = T(K) – 273,15
Ponto triplo da água = 0,01°C e 0 K = -273,15°C
Graus Fahrenheit e graus Rankine
T(°F) = T(°R) – 459,67
Graus Fahrenheit e graus Célsius
T(°F) = 1,8.T(°C) + 32
PT
Ponto triplo da água: T3= 273,16 K ; P3 = 4,58 mmHg
Ponto triplo da água
Temperatura ºC ºF
Ebulição água 100 212
Congelamento 
água
0 32
Zero da Escala 
Farenheit
-18 0
Coincidência de 
Escalas
-40 -40
Correspondência entre escalas de temperatura
Comparação entre as escalas Kelvin, Celsius e Fahrenheit
Exercício- Transformação de escalas de temperatura
a)Transforme 120 F em °Célsius.
b)Transforme 457 K em °Célsius.
c)Uma escala de temperatura foi inventada e denominada escala
NOVA, esta escala apresenta a fusão da água em 10°N e a ebulição em
150°N. Monte a relação entre esta escala hipotética e a escala Célsius.
a) T(°F) = 1,8.T(°C) + 32
T(°C) = (T(°F) – 32 )/1,8
T°C=(120 -32)/1,8 
T°C= 48,89°C
b) K= T(°C) +273,15
T(°C)=T(K)-273,15
T(°C)=457-273,15
T(°C)=183,85
c) (N-10) / (150-10) = (C – 0)/(100-0)
(N-10)/140 = C/100
N=1,4C +10
Densidade  = m/V
Volume específico v = 1/ ou v = V/m
p(manométrica) = p(absoluta) – patm
p(vácuo) = patm – p(absoluta)
Pressão manométrica p - patm = m.g.L
Medida da pressão atmosférica com um barômetro pptm = m.g.L
Equações capítulo 1
Fatores de conversão
constantes