01 Conceitos Básicos 2005 Campinas PE18

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TERMODINÂMICA
Fundamentos da Termodinâmica Clássica
ANÁLISE ENERGÉTICA
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Termodinâmica
Adaptado do trabalho do 
Dr. H.C. Chen
Departamento de Engenharia Civil
Universidade do Texas – A&M
ANÁLISE ENERGÉTICA
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ANÁLISE ENERGÉTICA
LIVRO TEXTO
TERMODINÂMICA
Tópicos selecionados de 
Fundamentals of Engineering Thermodynamics
Michael J. Moran e Howard N. Shapiro
1992
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SISTEMAS TERMODINÂMICOS
Um sistema é uma região do espaço ou uma quantidade de matéria que queremos estudar.
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Sistemas Termodinâmicos
Existem três tipos de Sistemas
Fechado
Aberto
Isolado 
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Sistema Fechado
Pistão
Peso
Gas
Fronteira 
do Sistema
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Sistema fechado
Sistema (sistema fechado) – MASSA não cruza a fronteira do sistema indicada pela linha tracejada.
A MASSA está indicada pela área cinza
A fronteira pode se mover (o pistão pode ir para frente e para traz)
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Cruzando a fronteira de um Sistema Fechado
A ENERGIA pode cruzar a fronteira de um sistema fechado, mas não a MASSA. 
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Sistema fechado com fronteira móvel
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Sistema Aberto 
(Volume de controle)
Sistema Aberto – A fronteira geralmente não se move.(pode mover-se). 
Massa e energia cruzam a fronteira.
A área de interesse é apenas a região dentro da fronteira (linha tracejada).
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Sistema Aberto 
(Volume de controle)
Tubo
Superfície de controle
Exemplo de sistema aberto (Volume de Controle). 
Trata-se de uma determinada região do espaço que desejamos estudar. 
Vo
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Sistema Isolado
É um sistema fechado onde nem energia 
nem massa cruzam a fronteira.
Work
Mass
Surr 4
Surr 3
Surr 2
System
Mass
Surr 1
Heat = 0
Work = 0
Mass = 0
Across
Isolated
Boundary
Isolated System Boundary
Heat
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Propriedade
Massa
Temperatura
Pressão
Densidade
Propriedade é uma característica do sistema. 
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Propriedade Extensiva
Propriedade EXTENSIVA é uma propriedade que pode ser somada e seu valor para o sistema todo é a soma dos valores de cada subdivisão do sistema. 
Depende do tamanho do sistema
Examplos: Volume, Massa
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Propriedade Intensiva
Uma propriedade INTENSIVA é independente do tamanho do sistema (massa ou volume).
Examplos: Densidade, Temperatura
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Propriedade
m
V
T
P

m/2 m/2
V/2 V/2
T T
P P
 
Propriedades Extensivas
Propriedades Intensivas
Propriedades extensivas por unidade de massa são 
propriedades intensivas
Volume específico
densidade
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TRABALHO EM GRUPO
Verifique quais das seguintes propriedades são intensivas ou extensivas:
Volume, massa, peso, temperatura, densidade, volume específico, pressão, energia, quantidade de movimento, cor.
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ESTADO
O ESTADO de um sistema é definido pelo valor de suas propriedades.
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EQUILÍBRIO
Um sistema está em equilíbrio se todas as suas propriedades não está mudando em nenhuma parte do sistema. 
This is also known as “thermodynamic equilibrium” or “total equilibrium.” 
Equilibrium implies balance--no unbalanced potentials (driving forces) in the system.
We will distinguish four different types of equilibrium
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Estado e Equilíbrio
A Termodinâmica trata dos estados de equilíbrio.
Um sistema está em equilíbrio termodinnâmico se e 
somente se ele mantém equilíbrios 
 térmico, mecanico, de fase, and químico.
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Tipos de equilíbrio termodinâmico:
Equilíbrio térmico -- a temperatura não varia com o tempo.
Equilíbrio Mecânico -- A pressão não ´varia com o tempo.
Equilíbrio químico -- as estruturas moleculares não variam com o tempo
Equilíbrio de fase – a massa de cada fase (i.e.,mesma composição líquido/gas ou líquido/sólido)
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Thermal Equilibrium
Occurs when two bodies are at the same temperature T and no heat transfer can occur.
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State Postulate
The thermodynamic state of a simple compressible system is completely specified by two independent intensive properties.
: dependent properties
* P and T are dependent for multiphase systems
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State Principle or State Postulate
Text says, “The state of a simple compressible system is completely given by two independent, intensive properties.”
Properties are independent if one can be constant while the other varies.
This only applies at equilibrium.
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Path
Series of states through which 
a system passes.
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Process
Change in state of a system from one equilibrium state to another.
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Properties at end points are independent of the process
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Constant property processes
The prefix “iso” is used to indicate a property that remains constant during a process:
 Isothermal is constant temperature
 Isobaric is constant pressure
 Isochoric or isometric is constant volume
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Process
 
Process 	 Property held constant
isobaric 	 pressure
isothermal 	 temperature
isochoric 	 volume
isentropic 	 entropy (see Chapter 6)
 
Constant Pressure Process
Water
 F
System 
Boundary
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Quasiequilibrium Process
Idealized process in which the departure
from equilibrium is infinitesimally small.
Gas or liquid system
Gas or liquid system
Boundary
Incremental masses removed during an expansion of the gas or liquid
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Quasi-Equilibrium, 
Work-Producing Devices
Quasi-Equilibrium, Work-Producing Devices Deliver the Most Work
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Cycle
Series of processes where the initial and final states are the same.
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Cycle
A process (or a series of connected process)
with identical end states is called a cycle.
1
2
Process B
Process A
P
V
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Compression Process P-V Diagram
Compression process
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Formas de Energia
Z
CM
Sistema Geral
Cota de referência Z=0
Energia Cinética
Energia Potencial
Energia Total
(kJ)
(kJ)
(kJ)
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Energia Interna
Energia Interna
Energia Interna = Soma das energia microscópicas
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Energia
Energia = soma das energias interna, potencial e cinética
Observar que E é uma propriedade extensiva
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Energia
Energia por unidade de massa = energia intensiva
Cada termo da equação do slide anterior foi dividido pela massa.
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 Transferência de Calor
Transferência de energia de um meio quente para um meio frio
Sempre da temperatura mais alta para a mais baixa (Segunda Lei da Termodinâmica)
A transferência de energia termina quando os dois meios atingem a mesma temperatura
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 Transferência de Calor
Calor é a forma de energia que pode ser transferida de um corpo para outro unicamente como resultado da diferença de temperatura
Taxa de transferência de energia (Energia/Tempo)
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 Transferência de Calor
Termodinâmica - equilíbrio
Transferência de calor – não equilibrio
A Termodinâmica trabalha com os estados de equilíbrio e com as mudanças de um estado de equilíbrio para outro estado de equilíbrio.
A taxa de transferência de calor NÃO PODE ser determinada utilizando somente a análise termodinâmica
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Transferência de Calor
A diferênça de temperatura é requisito indispensável para que ocorra a transferência de calor
A taxa de transferência de calor depende do gradiente de temperatura
Segunda Lei:A transferência de calor ocorre na direção da diminuição da temperatura
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EXCERCÍCIO 01
Esquematização e classificação de
sistemas termodinâmicos