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23/08/2013
1
Centro Universitário Jorge Amado - UNIJORGE
Disciplina: Termodinâmica I
Termodinâmica I
2013
Docente: Luis Filipe Freitas
Importante: estas notas destinam-se
exclusivamente a servir como guia de estudo.
Figuras e tabelas de outras fontes foram
reproduzidas estritamente com finalidade
didática.
Introdução
• THERME � calor
• DYNAMIS � potência, força.
Termodinâmica???
Termodinâmica trata do estudo da energia, calor e trabalho e sobre as
propriedades da matéria.
O estudo da Termodinâmica começou no século XIX, quando se descobriu que
era possível realizar trabalho a partir do calor.
Exemplos:
• Central termoelétrica;
• Refrigeradores;
• Turbina a gás;
• Motores....
1) Caldeira / Geração de vapor
2) Turbina / Trabalho
3) Trocador de calor / Condensação
4) Torre de resfriamento
5) Bomba
6) Economizador
7) Vapor saturado
8) Superaquecedor
9) Pré-aquecedor do ar
10) Combustão 
(óleo combustível, gás natural)
Central termoelétrica Sistemas Termodinâmicos
� Sistema: tudo aquilo que desejamos estudar;
� Meio ou Vizinhança: tudo aquilo externo ao sistema;
� Fronteira: região que separa o sistema do meio;
� Fronteira é uma superfície matemática de espessura zero, portanto
não contém matéria, nem possui volume.
�A fronteira é responsável pelas interações entre o sistema e o meio.
Interações estas que são muito importantes na Termodinâmica.
Fronteira
Sistema
Meio
Tipos de Sistemas
•Um sistema pode ser considerado como uma porção limitada do Univ
erso onde ocorre a interação de vários elementos.
Os sistemas encontrados na Natureza, são:
�Aberto: onde se verificam trocas de energia e de matéria com o mei
o externo;
�Fechado: onde ocorrem apenas transferências de energia;
�Isolado: em que não há transferência de energia nem de matéria.
Tipos de Sistemas
Volume de controle:
é um volume arbitrário no espaço
através do qual o fluido escoa. O
contorno geométrico do volume de
controle é chamado de superfície de
controle.
Massa, calor e trabalho podem ser
transportados através da superfície de
controle.
23/08/2013
2
Propriedade e estado de uma substância
Estado: E a condição em que se encontra o sistema. O estado e descrito através dos
valores das propriedades (temperatura, pressão e massa específica, por exemplo).
Uma vez que existem relações funcionais entre as propriedades, o estado pode ser
especificado fornecendo-se os valores de apenas algumas delas. As outras poderão
ser determinadas a partir desse conjunto.
A matéria pode sofrer
transformações de um estado
para outro. Quando alguma
propriedade do sistema é
alterada, altera-se também o
estado do sistema. Ex: fusão,
ebulição...
Propriedade e estado de uma substância
Propriedade: E uma característica macroscópica do sistema a qual podemos atribuir
um valor numérico, independentemente do caminho pelo qual o sistema chegou a
estado considerado.
Exemplos:
massa, volume, pressão, temperatura, etc.
Propriedade intensiva: é independente da massa;
Propriedade extensiva: varia diretamente com a massa.
Exemplos: uma quantidade de matéria, em um dado estado, é dividida em 2 partes
iguais, cada parte terá o mesmo valor das propriedades intensivas e a metade do valor
das propriedades extensivas da massa original.
Prop. intensiva: temperatura, pressão, massa específica, volume específico;
Prop. extensiva: massa e volume total.
Equilíbrio
Equilíbrio térmico: a temperatura será a mesma em
todo o gás e a temperatura será uma propriedade do
sistema;
Equilíbrio mecânico: a pressão será a mesma em todo o
sistema, em qualquer ponto, sem variar com o tempo;
Equilíbrio químico: se o estado de um sistema tende a 
permanecer quando as interações com as vizinhanças 
são interrompidas;
Equilíbrio termodinâmico: quando um sistema está em 
equilíbrio, em relação a todas as possíveis mudanças de 
estado.
Processo de quase-equilíbrio : E aquele durante o qual 
o afastamento do equilíbrio e, no máximo, infinitesimal. 
Ex: remoção de pequenos pesos do êmbolo, um a um.
Equilíbrio
Os estados de não-equilíbrio se caracterizam por
apresentarem variações espaciais das propriedades
intensivas.
Estaremos limitados a descrever o sistema antes da
ocorrência do processo, e após a ocorrência do
mesmo, quando o equilíbrio é estabelecido. Não
iremos especificar cada estado que o sistema percorre,
nem a velocidade com que ocorreu.
Ex: remoção brusca dos pesos do êmbolo, com
expansão do êmbolo e possível mudança de estado.
Processo ISOtérmico
Processo ocorre a
TEMPERATURA
constante.
Processo ISObárico
Processo ocorre a
PRESSÃO constante.
Processo ISOcórico
Processo ocorre a
VOLUME constante.
Processo
PROCESSO
Gás
Peso
1
Gás
Peso
2
Ciclos
Ciclo: E uma sequência de processos que começa e termina no mesmo estado.
Quando um sistema em um dado estado inicial, passa por certo número de mudanças
de estado, ou processos, e finalmente retorna ao estado inicial, dizemos que o
sistema executou um ciclo.
Exemplo:
Ciclo térmico (termodinâmico):
a água que circula a termoelétrica;
Ciclo mecânico:
motores de combustão interna.
23/08/2013
3
Ciclos
Ciclo: E uma sequência de processos que começa e termina no mesmo estado.
Quando um sistema em um dado estado inicial, passa por certo número de mudanças
de estado, ou processos, e finalmente retorna ao estado inicial, dizemos que o
sistema executou um ciclo.
Exemplo:
Ciclo térmico (termodinâmico):
a água que circula a termoelétrica;
Ciclo mecânico:
motores de combustão interna.
1
2
P
v
Energia
Energia:
Pode ser definida como a capacidade de produzir um efeito.
Energia pode ser acumulada em um sistema e pode ser transferida, por exemplo:
Como calor, do sistema para um outro sistema.
Do ponto de vista molecular, temos formas de
energia:
1) Energia potencial intermolecular:
associada as forças entre moléculas;
2) Energia cinética molecular: associada à
velocidade de translação das moléculas;
3) Energia intramolecular: associada a
estrutura molecular e atômica.
Massa específica e volume específico
• Massa específica:
Massa específica: é a relação (razão) entre a massa de um material e o
volume por ele ocupado.
3m
kg
V
m
volume
massa
===ρ
Para sólidos e líquidos, a densidade geralmente é expressa em
gramas/centímetros cúbicos (g/cm3); para gases, costuma ser expressa em
gramas/litro (g/L).
Por que o gelo flutua?
Isso ocorre porque a massa
específica do gelo (0,92 g/cm3) é
menor que a massa específica da
água do mar (1,03 g/cm3).
Massa específica e volume específico
1) Três frascos de vidro transparente, fechados, de formas e dimensões
iguais, contêm cada um a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém
água, o outro, clorofórmio e o terceiro, etanol. Os três líquidos são
incolores e não preenchem totalmente os frascos, os quais não têm
nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para
identificar as substâncias?
A massa específica (ρ) de cada um dos líquidos, à temperatura ambiente, é:
ρ(água) = 1,0 g/cm3
ρ(clorofórmio) = 1,4 g/cm3
ρ(etanol) = 0,8 g/cm3
Massa específica
1) Três frascos de vidro transparente, fechados, de formas e dimensões
iguais, contêm cada um a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém
água, o outro, clorofórmio e o terceiro, etanol. Os três líquidos são
incolores e não preenchem totalmente os frascos, os quais não têm
nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para
identificar as substâncias?
A massa específica (ρ) de cada um dos líquidos, à temperatura ambiente, é:
ρ(água) = 1,0 g/cm3
ρ(clorofórmio)= 1,4 g/cm3
ρ(etanol) = 0,8 g/cm3
Pressão
• Pressão:
A Terra está envolvida por uma camada de ar que tem espessura
aproximada de 800 km. Essa camada de ar exerce pressão sobre os corpos: a
pressão atmosférica.
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4
Pressão
• Pressão:
Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão é o pascal (Pa), que se
relaciona com a unidade atmosfera na seguinte proporção:
Pressão
• Pressão:
Pressão
• Pressão:
Zero Absoluto (vácuo absoluto)
Pressão atmosférica local
Pressão atmosférica normal
Pressão efetiva negativa
(sucção vácuo)
Pressão
efetiva
101,325kPa
2
1Leitura do
barômetro
abs bar manP P P= +
Temperatura
• Temperatura:
Igualdade de temperatura:
Considerando 2 corpos com diferentes temperatura. Se esses corpos foram
colocados em contato térmico observamos:
• resistência elétrica do corpo quente decresce com o tempo até que nenhuma
mudança é observada;
• o comprimento do corpo quente decresce com o tempo até que nenhuma
mudança é observada;
•A temperatura do corpo quente diminui até que nenhuma mudança é observada.
Temperatura
Conclusão:
Os 2 corpos possuem igualdade de
temperatura, pois não apresentam
alterações em qualquer
propriedade mensurável quando
colocados em contato térmico.
Lei Zero da Termodinâmica
Temperatura
A lei zero da termodinâmica diz que, quando dois corpos possuem
igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles terão igualdade de
temperatura entre si.
Corpo 1
Corpo 2
Corpo 1
T
T
23/08/2013
5
Unidades
1. Transforme as massas em gramas (g):
a) 0,20 kg
b) 200 mg
2. Transforme os volumes em litros (L):
a) 1 dm3
b) 100 mL
c) 200 cm3
d) 3,0 m3
3. Transforme as temperaturas:
a) 27 ºC em Kelvin (K)
b) 500 K em ºC (Celsius)
4. Transforme as pressões:
a) 1 520 mmHg em atm
b) 0,5 atm em mmHg
1) Um tanque de aço com massa de 15 kg armazena 300 L de gasolina que 
apresenta massa especifica de 800 kg/m3. Qual a força necessária para acelerar 
este conjunto a 4 m/s2?
2) Um manômetro em U, que utiliza água, apresenta diferença entre as alturas das 
colunas igual a 25 cm. Qual a pressão relativa?
3) Um conjunto cilindro-pistão, com área de seção transversal igual a 15 cm2
contém um gás. Sabendo que a massa do pistão é 5 kg e que o conjunto está 
montado numa centrífuga que proporciona uma aceleração de 25 m/s2. Calcula 
a pressão do gás (absoluta). Admita que o valor da pressão atmosférica é 
normal.
4) Os cilindros A e B contém um gás e estão conectados por uma tubulação. As 
áreas das seções transversais são AA=75 cm
2 e AB=25 cm
2. A massa do pistão A é 
25 kg. Calcule a massa do pistão B de modo que nenhum dos pistões fique 
apoiado nas superfícies dos cilindros.
Propriedades de uma substância pura
Propriedades de uma substância pura
O conhecimento do comportamento das substâncias através de suas propriedades é
fundamental na análise de processos e sistemas termodinâmicos.
Propriedades de uma substância pura
O conhecimento do comportamento das substâncias através de suas propriedades é
fundamental na análise de processos e sistemas termodinâmicos.
Substância Pura:
substância pura é aquela que apresenta composição química invariável e
homogênea.
Pode ser encontrada em várias fases sem alteração da composição química.
Mistura eutética
Mistura azeotrópica
Misturas
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Considerando um sistema, água em um êmbolo-cilindro, com
massa de 1 kg e que o êmbolo seja mantido a uma pressão de
0,1 MPa e temperatura inicial de 20ºC. Este sistema encontra-
se em que fase?
Calor é transferido pra esta água, a temperatura aumenta,
porém a pressão é mantida constante. O que acontece quando
a água atinge uma temperatura de aproximadamente 100ºC ?
O que acontece com o volume do sistema?
Quando a última gota de líquido tiver vaporizado, uma
transferência adicional de calor resulta em um aumento da
temperatura e do volume do vapor.
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Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
A temperatura na qual ocorreu a vaporização, a uma dada pressão, é denominada de
temperatura de saturação. E esta pressão é denominada pressão de saturação a uma
dada temperatura.
Portanto, para a água a 100 ºC, a pressão de saturação é de 0,1 MPa, e para a água a 0,1
Mpa, a pressão de saturação é de 100 ºC.
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
A temperatura na qual ocorreu a vaporização, a uma dada pressão, é denominada de
temperatura de saturação. E esta pressão é denominada pressão de saturação a uma
dada temperatura.
Portanto, para a água a 100 ºC, a pressão de saturação é de 0,1 MPa, e para a água a 0,1
Mpa, a pressão de saturação é de 100 ºC.
Na linha temos o equilíbrio líquido-vapor, ou
seja, temos 2 fases em equilíbrio. Ex: 20%
(m/m) de vapor.
Abaixo desta curva temos a fase vapor,
denominado vapor superaquecido;
Já acima temos a fase líquida, denominado
líquido subresfriado.
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
A temperatura na qual ocorreu a vaporização, a uma dada pressão, é denominada de
temperatura de saturação. E esta pressão é denominada pressão de saturação a uma
dada temperatura.
Portanto, para a água a 100 ºC, a pressão de saturação é de 0,1 MPa, e para a água a 0,1
Mpa, a pressão de saturação é de 100 ºC.
A líquido é denominado saturado quando a
substancia encontra-se na fase líquida a
temperatura e pressão de saturação, ou seja, na
eminência de entra em equilíbrio com o vapor.
Já quando o vapor está da eminência do
equilíbrio com o líquido, denomina-se de vapor
saturado.
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Diagrama temperatura-volume para a água
20ºC
A – estado líquido
20ºC / 0,1 MPa
B – líquido saturado, temperatura
de saturação
100ºC / 0,1 Mpa
AB = pequeno aumento de volume
BC = região de equilíbrio líquido-
vapor, grande aumento de volume,
a temperatura constante;
C = vapor saturado;
CD = vapor superaquecido.
Obs: Processo de aquecimento
ABCD foi a pressão constante,
1 MPa
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Diagrama temperatura-volume para a água
20ºC
E se a pressão do sistema
for de 1 MPa ou 10 MPa??
180ºC
100ºC
E se a pressão for alterada
para 22,09 MPa, processo
MNO, o que irá
acontecer?
Não existe a etapa de
vaporização a temperatura
constante. N é denominado
ponto crítico. Neste ponto
temos líquido saturado e
vapor saturado.
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Diagrama temperatura-volume para a água
20ºC
180ºC
100ºC
Acima da pressão crítica
(22,09 MPa), há apenas
uma fase presente, que não
pode ser denominada de
líquida, nem vapor.
Temos neste caso um fluido
denominado supercrítico.
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7
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Diagrama pressão-temperatura para a água
-10
0,003
Ponto triplo:
• 3 fases em equilíbrio
•(sólido, líquido e vapor)
P. crítico
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Tabela de ponto crítico.
Tabela de ponto triplo.
Equilíbrio de Fases Vapor-Líquido-Sólida de uma Substância Pura
Propriedades de uma substância pura
Já para o ferro,temos:
Diversos pontos triplos podem ser
observados, porém existe somente
1 em que as fases sólido, líquido e
vapor estão em equilíbrio.
Pode existir ponto triplo entre:
• 2 fases sólidas e 1 líquida;
• 2 fases sólidas e 1 vapor;
• 3 fases sólidas.
Propriedades de uma substância pura
Propriedades de uma substância pura Propriedades de uma substância pura
23/08/2013
8
Propriedades de uma substância pura
O estado de uma substância pura pode ser definido por duas propriedades intensivas
independentes. Por exemplo, para um sistema constituído por água líquida o
conhecimento da pressão e da temperatura é suficiente para definir o estado
termodinâmico do sistema e consequentemente, as demais propriedades. O mesmo
pode ser observado para um sistema constituído por vapor d’água.
Propriedades de uma substância pura
Caso o sistema, constituído por água, esteja em sua temperatura e pressão de
saturação, teremos duas possibilidades. A primeira é a analisar o líquido saturado; a
segunda analisar o vapor saturado. Ambos possuem a mesma pressão e temperatura
de saturação, mas suas propriedades são bem diferentes. Assim, pode-se concluir na
condição de saturação pressão e temperatura não são independentes entre si. Desta
forma, para se fixar o estado termodinâmico do sistema em questão é necessário o
conhecimento de outra propriedade que seja independente em relação ou a
temperatura ou a pressão, como por exemplo o volume específico.
Equilíbrio de fases
Título (X): O Título é definido como a razão entre a massa de vapor e
a massa total do sistema. Assim, para um sistema que apresenta apenas uma
única fase tem-se que:
���� Fase Líquida: Título igual a zero (0);
� Fase Vapor: Título igual a um (1);
Quanto o sistema apresenta a fase líquida e a fase vapor em equilíbrio
o título será maior que zero (0) e menor que um (1).
v a p
t o t a l
m
x
m
=
Equilíbrio de fases
total liq vapV V V= +
( )1 liq vapv x v xv= − +
Quadro!!!
1) Calcular o volume específico da mistura vapor e líquido, de água, a 200 ºC e 
apresentando um título igual a 70%.
Ver tabelas de vapor.
2) Um vaso contém água a 100kPa e com título igual a 10%. Determine a
fração em volume do vaso que é ocupada por vapor d’água.
liq lvv v xv= +
Equilíbrio de fases
Um conjunto cilindro – pistão contém inicialmente, vapor d’água saturado a 200kPa.
Neste estado, a distância entre o pistão e o fundo do cilindro é 0,1m. Determine esta
distância se a temperatura for alterada para 200oC. Repita o problema admitindo que
a temperatura final foi alterada para 100oC. Admita que o processo ocorre a pressão
constante.
Equilíbrio de fases
Considere os dois tanques, A e B, e a tubulação com válvula mostrada na figura
abaixo. Os dois tanques contêm água. O volume do tanque A é igual a 1m3 e a
água armazenada neste tanque apresenta pressão igual a 200kPa e v = 0,5m3/kg. O
tanque B contém 3,5kg de água a 0,5MPa e 400oC. A válvula que liga os tanques é
então aberta e espera-se até que a condição de equilíbrio seja atingida. Determine
o volume específico no estado final do processo.
A B
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9
Equilíbrio de fases
Um vaso contém água a 100kPa e com título igual a 10%. Determine a fração em volume
do vaso que é ocupada por vapor d’água.
Propriedades de uma substância pura
Verifique a estado físico da água para cada uma das condições abaixo:
a) 18 MPa e 0,003 m3/kg
b) 1 MPa e 150 ºC
c) 200 ºC e 0,2 m3kg
d) 10 kPa e 10 ºC
e) 130 ºC e 200 kPa
f) 70 ºC e 1 m3/kg
Ver tabelas termodinâmicas da água!!!

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