Aula1 termodinamica - o que é

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Conceitos e Definições
Termodinâmica é a ciência da energia e da entropia
Termodinâmica é a ciência que trata do calor, do trabalho e daquelas propriedades das substâncias relacionadas ao calor e ao trabalho
 Sistema termodinâmico: Quantidade de matéria, com massa e identidade fixa, sobre a qual nossa atenção é dirigida.
 Meio ou vizinhança: tudo que é externo ao sistema
 Fronteira ou superfície de controle: separa o sistema da vizinhança
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Conceitos e Definições
Sistema fechado
Volume de controle
Sistema fechado: quando não há fluxo de massa através da fronteira que define o sistema.
Volume de controle: sistema termodinâmico no qual ocorre fluxo de massa através da fronteira que define o sistema.
Sistema isolado: quando não existe qualquer interação entre o sistema termodinâmico e sua vizinhança (não ocorre fluxo de massa, calor, trabalho , etc.).
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Estado e Propriedades de uma Substância
Estado: é especificado ou descrito pelas propriedades do sistema.
Propriedades termodinâmicas: intensivas e extensivas
Propriedade extensiva: depende do tamanho (extensão) do sistema ou volume de controle. Ex. Massa, volume,energia, energia interna, entalpia e entropia.
Propriedade intensiva: independe do tamanho (extensão) do sistema . Ex. Temperatura, pressão, massa específica, volume específico, energia específica, entalpia específica, etc..
Propriedade específica: é obtida dividindo uma propriedade extensiva pela massa da substância contida no sistema.
Exemplos:
Energia interna  específica
Volume específico 
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Processos e Ciclos
Processo: caminho definido pela sucessão de estados através dos quais o sistema passa.
Ciclo termodinâmico: Quando um sistema, num dado estado inicial, passa por um certo número de mudanças de estado, ou processos, e finalmente retorna ao estado inicial, dizemos que o sistema executa um ciclo. Ex. A água que circula numa instalação termoelétrica a vapor executa um ciclo. 
Processo isobárico  a pressão constante
Processo isocórico  a volume constante
Processo isotérmico  a temperatura constante
Processo isoentálpico a entalpia constante
Processo isoentrópico  a entropia constante
Processo adiabático  sem transferência de calor
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Lei zero
Quando dois corpos tem igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles terão igualdade de temperatura entre si.
Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilíbrio entre si.
A lei zero define os medidores de temperatura: Sempre que um corpo tiver igualdade de temperatura com o termômetro pode-se dizer que o corpo apresenta a temperatura lida no termômetro
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Escalas de Temperatura
 Sistema internacional (SI): Escala Celcius  °C;
 Fusão do gelo  0 °C
Vaporização d água  100 °C
a 1,0 atm
 Escala Kelvin  K ; K = °C+ 273,15
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Pressão
Relação entre e a área normal onde está sendo aplicada a força
Unidades de pressão: Pascal , Pa = 1 N/m2 ; bar = 105 Pa; Kgf/cm2 = atmosfera;
 bar = 1,02 at; psi, (lbf/in2) = 6894, 757 Pa
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Propriedades Termodinâmicas
Substância pura:
 Aquela que composição química invariável e homogênea. 
 Sua composição química é a mesma em todas as fases.
Mudança da fase líquida para vapor de uma substância pura a pressão constante
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 Temperatura de saturação - temperatura na qual ocorre a vaporização de uma substância pura a uma dada pressão.
 Pressão de saturação - pressão na qual ocorre a vaporização de uma substância pura a uma dada temperatura.
Exemplo: 
 Para água a 100 °C a pressão de saturação é 1,014 bar;
 Para água a 1,04 bar a temperatura de saturação é 100 °C .
 Líquido saturado – Substância que se encontra no estado líquido a temperatura e pressão de saturação
 Líquido subresfriado – líquido com temperatura menor que a temperatura de saturação para a pressão existente
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 Título (x) – relação entre a massa de vapor e a massa total, quando uma substância é composta por uma parte na fase líquida e outra na fase vapor, na temperatura de saturação
 Vapor saturado – substância que se encontra como vapor na temperatura de saturação ( título é igual a 1 ou 100%). É usual dizer “vapor saturado seco”
 Vapor superaquecido – vapor a uma temperatura maior que a temperatura de saturação.
 Gás – vapor altamente superaquecido.
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Diagrama T x v
Diagrama P x v
p
T
Curva de pressão de vapor
Pressão de vapor para substância pura
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Diagrama T-v para região bifásica líquido-vapor
Volume específico do sistema
Título
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Diagrama Temperatura-volume para a água mostrando as fases líquida e vapor
Considerações sobre o diagrama temperatura –volume:
 A representa o estado inicial de 0,1 MPa e 20 °C 
 B representa o estado de líquido saturado de 0,1 MPa e 99,6 °C 
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 Linha AB representa o processo no qual o líquido é aquecido desde a temperatura inicial até a de saturação. 
 Ponto C refere-se ao estado de vapor saturado.
 Linha BC representa o processo, a temperatura constante, no qual ocorre a mudança de fase líquida para a fase de vapor.
 Linha CD representa o processo no qual o vapor é superaquecido a pressão constante.
 A temperatura aumenta no último processo.
 Ponto E representa o estado inicial de 1MPa e 20 °C.
Vaporização inicia a 179,9 °C.
 Ponto I representa o estado inicial de 10 MPa e 20 °C.
 - Vaporização inicia a 311,1 °C.
- Linha IJKL representa o processo a 10 MPa.
Considerações sobre o diagrama temperatura –volume:
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 Linha MNO representa o processo a pressão constante de 22,09 MPa: 
Ponto N é um ponto de inflexão com inclinação zero, denominado ponto crítico;
Os estados de líquido saturado e vapor são idênticos;
 A pressão, temperatura e volume específico do ponto crítico são denominados temperatura crítica, pressão crítica e volume crítico.
 Linha PQ representa o processo a pressão constante de 40 MPa:
- Estado inicial 40 MPa e 20 °C;
- Nunca haverá duas fases presentes;
- Temperaturas inferiores à crítica: líquido comprimido;
Temperaturas inferiores à crítica: vapor superaquecido.
 Linha de líquido saturado - NJFB.
Linha de vapor saturado – NKGC.
Considerações sobre o diagrama temperatura –volume:
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Diagrama pressão – temperatura para uma substância com comportamento semelhante ao da água
 Estado inicial:
 0,6113 kPa e -20°C.
 Ponto triplo:
 0,6113 kPa e 0,01 °C.
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Considerações sobre o diagrama pressão-temperatura:
 O ponto triplo é definido como o estado no qual as três fases podem coexistir em equilíbrio.
Ao longo da linha de fusão estão em equilíbrio as fases sólido e líquido.
 Ao longo da linha de sublimação estão em equilíbrio as fases sólido e vapor.
 Ao longo da linha de vaporização estão em equilíbrio as fases líquido e vapor.
 Acima do ponto crítico não existe uma distinção clara entre as fases líquida e vapor.
Ao se considerar o comportamento de uma substância num dado estado, é interessante comparar este dado estado com o crítico ou com o ponto triplo.
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Diagrama de fases do dióxido de carbono
 Para pressão próxima de 100 kPa o CO2 passa do estado sólido para vapor, sendo denominado gelo seco.
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Diagrama de Fases da Água 
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Superfície pressão-volume-temperatura para uma substância que expande na solidificação
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Superfície pressão-volume-temperatura para uma substância que contrai na solidificação
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Comportamento p-v-T dos Gases na Região onde as Massas Específicas são Pequenas ou Moderadas 
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Equações de estado definidas experimentalmente
n é o número de moles do gás 
e
Equações de estado para um gás particular
R é constante para um gás particular
M é massa molecular
do gás em kg/kmol
Fator de compressibilidade
O afastamento da unidade re-presenta o desvio em relação a um gás ideal
e
Equações de estado para um gás real
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Compressibilidade do nitrogênio
Z1 quando p0;
Se T≥1 e p≈10MPa Z≈1
Equação dos gases perfeitos pode ser usada para o nitrogênio, com boa precisão 
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