Apresentacao do Curso e Conceitos Basicos

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Termodinâmica
Apresentação do Curso e Conceitos 
Básicos
2º Semestre de 2021
Prof. Fernando Lage
# Orgulho de ser Newton
Objetivos do Curso
• Estabelecer uma base para a continuidade do 
curso em balanços de energia e uso de 
tabelas.
• Apresentar principais equipamentos de 
processo em uma indústria química: caldeiras, 
trocadores de calor, bombas, turbinas, 
compressores e outros.
• Aplicação dos Balanços de Energia em Ciclos 
de Potência e Refrigeração.
Apresentação
• Termodinâmica: “produção de força ou 
potência a partir do calor”
- Therme: calor;
- Dynamis: força ou potência.
Apresentação
• A Termodinâmica nos diz se um processo pode 
ou não ocorrer, através de dois enunciados 
básicos:
1ª Lei da Termodinâmica: a energia se conserva;
2ª Lei da Termodinâmica: é impossível que 
ocorra um ciclo termodinâmico cujo único 
resultado seja a transferência de calor de uma 
fonte fria para uma fonte quente (Clausius).
Apresentação
• Entretanto, a Termodinâmica não informa 
quanto tempo é necessário para que ocorra 
um determinado processo -> Cinética 
Química.
• A Termodinâmica é usada no estudo de um 
sistema e como este interage com as 
vizinhanças.
Conceitos Fundamentais
• Sistema: porção do universo escolhida para 
ser estudada.
• Vizinhanças: tudo que é externo ao sistema;
• Fronteira: delimita o sistema e as vizinhanças.
Conceitos Fundamentais
• Sistema fechado: massa fixa, não há fluxo de 
matéria através da fronteira.
Ex: dispositivo 
cilindro-pistão. 
Massa não varia.
Conceitos Fundamentais
• Sistema isolado: não há fluxo de massa nem 
de energia pela fronteira. Não há nenhuma 
interação com as vizinhanças.
• Sistema aberto ou volume de controle: massa 
e energia são transferidas através da fronteira 
ou superfície de controle.
Conceitos Fundamentais
• Propriedade de Estado: variação não depende 
do processo, apenas dos estados inicial e final.
Exemplos: H, S, U, G.
• Calor (Q) e trabalho (W) não são propriedades 
de estado por dependerem do “histórico” do 
processo.
Conceitos Fundamentais
• Propriedades extensivas: dependem do 
tamanho ou da massa total analisada. Ex: 
massa total, volume total e energia;
• Propriedades intensivas: não dependem da 
massa total ou do tamanho. Ex: pressão, 
temperatura, densidade, volume específico.
Conceitos Fundamentais
• Regime permanente ou estado estacionário: 
propriedades não variam com o tempo, 
apenas com a posição.
• Regime transiente ou estado não-estacionário: 
propriedades variam com o tempo.
Energia e 1ª Lei da Termodinâmica
• Energia Cinética: energia associada ao 
movimento, propriedade extensiva.
𝐸𝑐 =
𝑚.𝑉²
2
Sendo V a velocidade em m/s e m a massa em kg.
• Energia potencial gravitacional: energia associada 
a uma altura z.
𝐸𝑝 = 𝑚. 𝑔. 𝑧
Sendo m a massa em kg e g a aceleração da 
gravidade, g = 9,81 m/s².
Energia e 1ª Lei da Termodinâmica
• Trabalho: produto da ação de uma força em um 
deslocamento.
𝑊 = න Ԧ𝐹. 𝑑 Ԧ𝑠
Convenção de sinais:
W > 0: trabalho realizado pelo sistema (perda de 
energia);
W < 0: trabalho realizado sobre o sistema (ganho de 
energia)
Energia e 1ª Lei da Termodinâmica
• Trabalho de expansão ou de compressão:
𝑊 = න𝐹. 𝑑𝑠 = න𝑝. 𝐴. 𝑑𝑠 = න
𝑉1
𝑉2
𝑝. 𝑑𝑉
W > 0: expansão de um gás;
W < 0: compressão de um gás.
Ex: expansão idealizada internamente reversível em 
processo politrópico: relação p.Vn = constante.
𝑊 = න
𝑉1
𝑉2 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑉𝑛
. 𝑑𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑉1−𝑛
1 − 𝑛
𝑉1
𝑉2
Energia e 1ª Lei da Termodinâmica
• Calor: transferência de energia associada a 
uma diferença de temperatura entre dois 
corpos, podendo ser por condução, convecção 
ou radiação.
Q > 0: calor absorvido pelo sistema;
Q < 0: calor liberado pelo sistema;
Energia e 1ª Lei da Termodinâmica
• Na 1ª Lei da Termodinâmica para um sistema 
fechado:
∆𝐸𝑐 + ∆𝐸𝑝 + ∆𝑈 = 𝑄 −𝑊
• Se o sistema está em repouso:
∆𝑈 = 𝑄 −𝑊
Sendo ∆𝑈=U2-U1 a variação na energia interna 
total (kJ).
Referências Bibliográficas
• MORAN, Shapiro. Princípios de 
Termodinâmica para Engenharia. 7ª Edição. 
Rio de Janeiro. LTC, 2013.
• Elliott, J.R., Lira, C.T. Introductory Chemical
Engineering Thermodynamics. 2ª Edição. 
Boston, 2002.