Slides termodinâmica - aula 1

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TERMODINÂMICA APLICADA À 
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
AULA 01- CONCEITOS E DEFINIÇÕES 
GERAIS
O alimento
Constituído, essencialmente, de água e matéria seca 
(carboidratos, vitaminas e sais minerais)
Composição
OBS.: As propriedades físico-químicas do alimento in natura são “correções” das 
mesmas propriedades da água pura. Portanto, para estudar processos que envolvam 
alimentos, faz-se necessário conhecer o comportamento da água diante de cada 
processo. 
Água(A) Matéria seca (B)
O alimento
Finalidade vs processo
Conservação
Retirada parcial de água
Esterilização
Redução da taxa de 
respiração celular
Evaporação, cristalização, secagem...
Pasteurização...
Refrigeração...
“Ocupação” parcial da água Osmose, salga...
Calor e Trabalho
Forma de energia em trânsito que surge a partir de uma 
diferença de temperatura entre dois corpos ou meios 
materiais
Calor
Batata (A)
Água aquecida (B)
q
As unidades comumente utilizadas para esta grandeza são:
Calorias (cal) e Joule (J), com suas variações métricas.
A relação entre elas é a seguinte:
1 cal ~= 4,2 joules. 
OBS.: Como se trata de uma grandeza em movimento, torna-se interessante 
mensurá-la por unidade de tempo (na forma de taxa), o que corresponde à potência.
Calor e Trabalho
Pode-se dizer que é parte da energia utilizada para movimentar algo 
Ex.: Trabalho de eixo (vapor utilizado para a movimentação de uma turbina em processos 
industriais que fazem uso desta mistura)
Trabalho
Usina termelétrica
Usina nuclear
Sistema, volume de controle e vizinhança
Região no espaço (volume de controle) de interesse no 
que diz respeito ao controle de alguma de suas 
propriedades ↔ SISTEMA
Ex.: Leite no interior de um equipamento. 𝑞
𝑘𝐽
ℎ
Região no espaço externa ao volume de controle 
↔ VIZINHANÇA
Ex.: A atmosfera que circunda o equipamento (ar 
ambiente). 𝑞
𝑘𝐽
ℎ
Grandezas específicas
Aquelas mensuradas por unidade de matéria (massa)
𝑐𝑝; ∆ 𝐻; ∆ 𝑈; 𝑉; 𝑋…
Sistemas termodinâmicos
Sistema aberto
Há troca tanto de calor quanto de 
matéria (massa) com a vizinhança
Ex.: Processo de fabricação de sal 
(evaporadores)
Sistemas termodinâmicos
Sistema fechado
Há troca somente de calor com a vizinhança
Ex.: Processo de fabricação de pão (fornos industriais)
Sistema adiabático
Não há troca de calor e/ou massa com 
a vizinhança
Ex.: Processos de aquecimento e/ou 
resfriamento de fluidos alimentícios 
(trocadores de calor)
Calor sensível e latente
Variação de temperatura ↔ Calor sensível
Ex.: Processos de aquecimento e/ou resfriamento
 𝑞 = 𝑚 . 𝑐𝑝 . ∆𝑇
 𝑞
𝑘𝐽
ℎ
Temperatura constante↔ Calor latente
Ex.: Processos de mudança de fase
 𝑞 = 𝑚 . ∆ 𝐻MF
 𝑞
𝑘𝐽
ℎ
Calor específico
Relacionado à capacidade que determinado material (alimento, no caso) 
possui de armazenar energia na forma de calor. Conhecido como cp (kJ/kg.°C)
Calor específico
EC01 – Analisando a tabela abaixo, correlacione graficamente Cp vs T. Utilizando o Excel, 
descubra qual função matemática melhor representa cada situação. Discuta, de forma 
crítica, os resultados encontrados.
Formas de trabalho mecânico
Trabalho de eixo
Transmissão de energia através da rotação de um eixo (produção de 
torque) mediante aplicação de uma força. Ex.: Turbinas p/ geração de 
energia elétrica em uma usina de açúcar.
𝑑𝑊 = 𝐹. 𝑑𝑥
𝑇 = 𝐹. 𝑟
Formas de trabalho mecânico
EC02 – Determine qual a potência transmitida ao eixo de um sistema eólico, a fim de se 
produzir um torque de 200 N.m. Considere que o sistema possua pás de 40 m de 
comprimento e funcionem sob a ação de uma corrente de ar de 12 m/s, produzindo uma 
rotação na turbina de 40 rad/s.
Corrente de ar
Formas de trabalho não mecânico
Formas de trabalho que não possuem uma natureza mecânica 
propriamente. Ex.: Trabalho elétrico e o magnético.
1ª Lei da Termodinâmica
Diz respeito à conservação de energia de um sistema. 
1ª Lei da Termodinâmica: Balanço de energia
1ª Lei da Termodinâmica: Balanço de energia
Mecanismos de entrada e saída de energia
1ª Lei da Termodinâmica: Balanço de energia
Mecanismos de entrada e saída de energia
EC03 – Considere uma câmara frigorífica industrial. Deseja-se resfriar o ar em seu interior 
mediante uma unidade evaporadora, a qual produz um trabalho de eixo de 100 kJ. O ar se 
encontra, inicialmente, com uma quantidade de energia de 800 kJ. A quantidade de calor 
que deve ser retirada do ar é de 500 kJ. Qual a quantidade de energia remanescente do 
ar?