Aula1.Tema I. Conceitos. Definições e Principios FT2

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Apresentação da disciplina
Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências
PROFESSOR: ENG. EDUARDO RIVERO.
Engenheiro Termoenergético
Mestre: Planificação e Gestão do Meio Ambiente e Recursos Naturais.
Ph.D.: Energia Renováveis. BIU.
Disciplina: Fundamentos de Termodinâmica.
Carga Horária: 4 horas/semana
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Apresentação da disciplina
OBJETIVOS DA DISCIPLINA: Ao terminar a disciplina o estudante deve:
Conhecer os princípios e métodos da termodinâmica.
Conhecer a dependência entre as propriedades das substancias e os parâmetros termodinâmicos de estado.
Saber utilizar as tabelas e gráficos de propriedades termodinâmicas, no analise dos processos termodinâmicos.
Saber aplicar a primeira lei da termodinâmica nos processos termodinâmicos típicos. 
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CONTEUDOS DA DISCIPLINA
Tema I. Introdução. Conceitos. Definições e Princípios básicos.
Tema II. Parâmetros de estado termodinâmicos.
Tema III. Propriedades das substancias puras.
Tema IV. Energia. Trabalho e Calor.
Tema V. Primeira Lei da Termodinâmica.
Tema VI. Segunda lei da Termodinâmica.
Tema VII. Ciclos produtores de força.
Tema VIII. Ciclos de refrigeração por compressão de vapor.
Tema IX. Psicrométricas. Ar húmido.
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Sistema de avaliação
 Avaliações sistemáticas em aulas .
 3 Mini testes.
 Informes de Laboratório .
 Elaboração dum relatório, ou mini projecto sobre todas as actividades abordadas na disciplina .
 Avaliações continuas. (40 %). 
 Exame Final escrito . (60 %).
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BIBLIOGRAFIA DE CONSULTA
Van Wylen. Fundamentos da Termodinâmica. Editora Blucher. Brasil. 2007.
Moran - Shapiro – Munson – Dewitt. Introdução a Engenharia de sistemas térmico.
Mahhael J. Moran e outros. Introdução a engenharia de sistemas térmicos. Ed. LTC. 2005.
V. A. Kirillin e outros. Termodinâmica técnica. Ed. Mir. 1983.
Virgil Moring Faires. Termodinâmica.
Maurice Bailly. Termodinâmica Aplicada. Problemas. Ed. Lopes da Silva. 1977.
Internet.
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Meus Critérios de avaliação
O que vale e o Raciocínio Critico.
 Torne-se um perseguidor de sabedoria não um receptáculo de informações. G. Tyler Miller.
Não confunda conhecimento com sabedoria. O conhecimento ajuda a ganhar a vida, a sabedoria o ajuda a criar uma vida. Sara Carey.
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TERMODINAMICA I
Tema I. Introdução. Conceitos, definições e princípios básicos.
1.1 Objecto de estudo. Aplicações.
1.2 Conceitos Básicos.
1.3 Leis da Termodinâmica.
1.4 Metodologia de solução de problemas.
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Aula 1. Tema I. Introdução
O homem aplica desde a milhares da ano princípios da Termodinâmica:
Isolamento com peles
Conversão de trabalho em calor
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Introdução
A que temperatura o agua começa a ferver?
Acreditam que a agua pode não começar ferver a atingir 373 °C? 
Ou pode ainda começar a ferver quando atingir apenas 10 °C?
Que nos esta a indicar estes resultados?
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Toda ciência tem suas simplificações e Hipóteses de acordo com seu objecto de estudo
 A Mecânica Teórica considera os corpos rígidos (indeformáveis) e constituídos de matéria continua.
 Já a Resistência de Materiais considera a deformação, mais considera os corpos elásticos.
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1.1 Objecto e Método de estudo da Termodinâmica.
 OBJECTO:
Ciência que estuda as leis das transformações de energia. Estuda o armazenamento, a conversão e a transferência de energia.
 METODO:
E uma ciência experimental, que utiliza um modelo onde a matéria e considerado um meio continuo. Todas suas conclusões são obtidas mediante a medição de propriedades macroscópicas das substancias. 
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Alguns Fundadores destacados
Carnot R. Boyle
 Joule 
Celssius Bernulli
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A termodinâmica se baseia em três leis o princípios básicos enunciados a partir da experimentação e pratica:
1. A lei zero da termodinâmica ou lei da impossibilidade de atingir o zero absoluto.
2. A primeira lei da termodinâmica ou lei da conservação da energia.
3. A segunda lei da termodinâmica o a lei que enuncia a irreversibilidade dos processos naturais e espontâneos.
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Albert Einstein
“Uma teoria impressiona tanto mais, quanto mais simples são suas premissas, mais diversas as matérias que liga e mais amplo seu campo de aplicação. De aqui a profunda impressão que em mi produziu a termodinâmica clássica. Esta é a única teoria física de conteúdo geral com respeito a qual estou convencido de que, dentro dos limites de aplicação de seus conceitos fundamentais, nunca será refutada” 
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Aplicações principais da Termodinâmica
Processos de transferência de calor.
Motores de combustão interna.
Bombas de calor.
Sistemas de refrigeração e ar condicionado.
Turbinas de gás e de vapor.
Ciclos de produção de energia.
Geração de vapor.
Compressores e ventiladores.
Sistema de Bombeio.
Turbinas hidráulicas.
Canalização de líquidos, gases e vapores. 
Secado e humidificação.
Outros.
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Algumas aplicações:
CENTRAIS TERMELECTRICAS.
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Algumas aplicações.
CENTRAIS DE TURBINAS A GAS E VAPOR CICLO COMBINADO
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Algumas aplicações:
Plantas de refrigeração ou climatização.
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Cada ciência tem e seu próprio linguagem. Conceitos e definições
Para o estudo mais profundo de um ou outro aspecto de qualquer fenómeno da natureza a ciência recorre a noções abstractas, concentrando a atenção nos aspectos mais essenciais do fenómeno, menosprezando aqueles de menor importância. Essas noções abstractas são conceitos e definições próprios dessa ciência.
Em Mecânica Teórica:
Massa pontiforme e a partícula material cujas dimensões podem ser desprezadas nas condições do problema a resolver.
 A Termodinâmica tem seu noções abstractas próprias.
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1.2 Conceitos básicos.
SISTEMA TERMODINAMICO:
E uma quantidade fixa de matéria dentro de um contorno fechado, real ou imaginariamente.
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Conceitos Básicos
VIZINHANÇA: Toda matéria e o espaço externos ao sistema termodinâmico.
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Conceitos Básicos.
VOLUME DE CONTROLO: Um volume em relação ao qual uma substancia escoa para dentro ou para fora.
SUPERFICIE DE CONTROLO:
 E a superfície que delimita o volume de controlo.
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Conceitos Básicos
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Conceitos Básicos.
PROPRIEDADES: Qualquer grandeza física que descreve um sistema termodinâmico.
PROPRIEDADES EXTENSIVAS: Uma propriedade cujo valor depende da quantidade de massa do sistema termodinâmico, ex.: Volume.
PROPRIEDADE INTENSIVA: Uma propriedade cujo valor não depende da quantidade de massa do sistema termodinâmico, ex.: Temperatura, pressão, etc. As propriedades extensivas especificas, quer dizer referidos a unidade de massa se convertem em intensivas, ex.: Volume especifico, v = V/m. 
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Conceitos Básicos.
PARAMETROS TERMODINAMICOS DE ESTADO: são as propriedades intensivas que determinam o estado do corpo o grupo de corpos que compõem o sistema termodinâmico.
Os parâmetros termodinâmicos de estado mais utilizados são: 
Temperatura.
Pressão.
Volume especifico.
SISTEMA EM QUASSE EQUILIBRIO: e aquele em que suas propriedades são constantes de ponto a ponto do sistema termodinâmico. 
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Conceitos Básicos.
TRANSFORMAÇAO OU PROCESSO TERMODINAMICO: E a mudança de pelo menos um dos parâmetros termodinâmico de estado e consiste em um conjunto de estados cambiantes do sistema.
TRANSFORMAÇAO EM QUASSE EQUILIBRIO: São as que acontecem em uma sucessão continua de estados de equilíbrio, em que todas as partes do sistema estão a mesma pressão e temperatura.
TRANSFORMAÇAO EM DESEQUILIBRIO: São as que ao acontecer diversas partes do sistema termodinâmico estão a diferentes temperatura, pressão, densidade, concentração, etc.
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Conceitos Básicos.
SISTEMA SIMPLES: Um sistema cujo estado (Sólido, Liquido ou Gasoso) e definido por apenas duas propriedades.
Por ex: Agua pura contida num recipiente.
Pergunta:
O agua e o ferro
são sólidos, líquidos ou um gases?
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Conceitos Básicos
Resposta: O estado físico da agua pura, como de qualquer substancia depende dos parâmetros termodinâmicos de estado.
Ex: A t ≤ 0 ºC e P= 101.325 kPa e um sólido (Gelo).
 A t < 99.9 ºC e P =101.325 kPa e liquido. Também a 150 ºC e P= 550 kPa.
 A t > 99.9 ºC e P=101.325 kPa e um gas (vapor).
Ex: O ferro a pressão atmosférica e t = 1538 ºC ate 3134 ºC esta no estado liquido.
 A temperaturas maiores de 3134 ºC e pressão atmosférica o ferro se evapora, passa ao estado gasoso. 
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Aula # 2 Tema I
Conceitos Básicos (Continuação):
Gás Perfeito (Ideal):
 pV =nRT
n- numero de moles
p- Pressão absoluta, Pa.
v- Volume, m³ 
R- Constante universal dos gases, 8314 J/mol K
T- Temperatura absoluta , K.
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Formula para a massa em kg.
Conceitos Básicos (Continuação):
Gás Perfeito (Ideal):
 pv = RT/M = ReT
p- Pressão absoluta, Pa. M- Massa molar do gás.
v- Volume especifico, kg/m³ 
Re - Constante própria de cada gás, J/kg K
T- Temperatura absoluta , K.
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Modelo do gás perfeito
O modelo do gás ideal assume que o volume da molécula e Zero e as partículas não interactuam entre si. A maior parte dos gases reais se acercam a esta constante dentro de duas cifras significativas, em condições de pressão e temperatura suficientemente distantes do ponto de liquefacção e o sublimação. As equações de estado de gases reais são, em muitos casos, correcções da anterior.
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Conceitos Básicos.
Transformação (Processo) termodinâmico isotérmico: E um processo que acontece a temperatura constante.
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Conceitos Básicos.
Transformação (Processo) isobárico: e aquele que acontece a pressão constante.
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Conceitos Básicos
Transformação (Processo) isocórico: e aquele que acontece a volume constante.
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Conceitos Básicos
 Ciclo termodinâmico: e uma sucessão de processos ao final dos quais o sistema termodinâmico retorna ao seu estado inicial.
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1.3 LEIS DA TERMODINAMICA.
Lei Zero da termodinâmica
Se dos corpos estão em
Equilíbrio térmico com um terceiro corpo então eles estão em equilíbrio entre si.
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1.3 Leis da termodinâmica
Primeira lei da termodinâmica: Lei de conservação da energia. A energia não se cria, nem se destrói somente se transforma nos processos químicos e físicos. 
 Por que a que poupar a energia se ela se conserva? A resposta a esta pergunta e dada pela 2da Lei.
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1.3 Leis da termodinâmica
Segunda lei da termodinâmica: Os processos naturais acontecem com aumento de entropia. E impossível a construção de um móbil perpetum. Todos os processos naturais são irreversíveis.
Terceira lei da termodinâmica ou lei Zero: Impossibilidade de atingir o zero absoluto.
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1.4 Metodologia de solução de problemas
Dados: Enuncie com suas palavras o que e conhecido.
Incógnitas: Enuncie de maneira concisa e apropriada o que deve ser encontrado.
3. Esquema e dados fornecidos: Desenhe um esboço do sistema a ser considerado. Decida se e um sistema fechado ou um volume de controlo. Adicione toda a informação relevante ao digrama. Indique se possível os processos executados pelo sistema.
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Metodologia de solução dos problemas.
4.Hipotese: Liste as hipóteses simplificadoras e idealizações efectuadas a fim de tornar o modelo viável.
5. Propriedades: resuma os valores das propriedades que você previu como necessárias para os cálculos.
6. Analises: reduza as equações apropriadas e relações que irão produzir os resultados desejados, utilizando suas hipóteses e idealizações.
7. Valoração dos resultados: valorize se são lógicos os resultados obtidos e faça suas conclusões. 
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Resumo
Aspectos principais relacionados com este tema: 
 Objecto de estudo e método da termodinâmica.
 Os conceitos básicos nomeadamente: Sistema termodinâmico (aberto, fechado, isolado, adiabâtico), Propriedades extensivas e intensivas, Parâmetros termodinâmico de estado, Processo termodinâmico (Isotérmico, isobárico e isocórico, em equilíbrio e em desequilíbrio) e ciclo termodinâmico.
O conceito e equação do gás perfeito.
 As leis 1ra e 2da da Termodinâmica.
 A metodologia da solução de problemas.
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Bibliografia de consulta
Van Wylem. Fundamentos da Termodinâmica. Capitulo I e II. Pag. 2 - 36
A guia de problemas para estudo independente. Problemas (1 -10) 
Internet: http://obusca.com/capitulo-01-conceitos-fundamentais.