Aula 1 Termodin mica

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Prof. Dr. Antônio Francisco Arcanjo de Araújo Melo
Email: antonioarcanjomelo@gmail.com
Fundamentos da Termodinâmica 
Faculdade Maurício de Nassau - Unidade FAP
Aula 1
Departamento de Engenharia Civil, Elétrica e Mecânica
 Principais pontos da Aula 1
1.1 Sistemas termodinâmicos 
 SISTEMA
 VIZINHANÇA
 FRONTEIRA
1.2 Tipos de Sistemas
 SISTEMA ABERTO 
 SISTEMA FECHADO
 SISTEMA ISOLADO 
1.3 Estado e propriedade de uma substância 
 Propriedades Independentes vs.
Propriedades Dependentes
 Conceito 1  Propriedades Extensivas vs. 
Propriedade Intensivas
 Conceito 2
 Principais pontos da Aula 1
1.4 Processo e Ciclos 
 Definição 
 Processo de aquecimento com aumento de pressão e volume constante
 Processo de aquecimento com aumento de volume e pressão constante
1.5 Propriedades Termodinâmicas
 Título de Vapor (X) 
 Volume Específico (v) 
Atividade 
1. Revisão dos Principais Conceitos e Definições 
1.1 Sistemas termodinâmicos 
 SISTEMA
 Em termodinâmica, o termo SISTEMA identifica o OBJETO DA ANÁLISE;
 É definido como uma quantidade de matéria de massa e identidades fixas, sobre o qual 
nossa atenção é dirigida.
EXEMPLOS: 
- Corpo livre;
- Algo complexo como Refinaria; 
- Quantidade de matéria contida num tanque de paredes rígidas;
- Tubulação através da qual a matéria flui.
 VIZINHANÇA
 Tudo o que é EXTERNO AO SISTEMA é chamado de vizinhança ou meio. 
 FRONTEIRA
 O SISTEMA é separado da VIZINHANÇA pelas FRONTEIRAS DO SISTEMAS.
CARACTERÍSTICAS: 
- Superfície real ou imaginária (virtual);
- Pode estar em movimento ou em repouso;
- Deve ser definida cuidadosamente ANTES de se proceder qualquer análise 
termodinâmica;
- Sua definição é arbitrária e deve ser feita pela conveniência da análise a ser feita.
1.2 Tipos de Sistemas
SISTEMA ABERTO 
 Permite a PASSAGEM DE MASSA através de sua FRONTEIRA, podendo ainda transferir
energia na forma de CALOR ou TRABALHO.
OBSERVAÇÃO
“Para permitir a passagem de
massa, a fronteira deve ser
parcialmente constituída por
uma superfície virtual”
1.2 Tipos de Sistemas
SISTEMA FECHADO
 É constituído por uma fronteira que NÃO PERMITE PASSAGEM DE MASSA;
 Nesse caso, o sistema é envolvido por uma FRONTEIRA REAL, podendo ser FIXA ou
MÓVEL, através da qual pode haver transferência de CALOR e TRABALHO.
OBSERVAÇÃO 
“Quantidade fixa de matéria. Massa não entra, nem sai.”
EXEMPLOS 
- Panela de pressão (sem envolvimento de trabalho) 
SISTEMA ISOLADO 
 Quando a FRONTEIRA do sistema NÃO PERMITE a passagem de MASSA, CALOR e 
TRABALHO;
 FRONTEIRA deve ser FIXA (para não permitir que o sistema realize trabalho) e REAL (para
impedir a passagem de massa).
1.2 Tipos de Sistemas
EXEMPLOS 
- Garrafa térmica fechada
1.2 Tipos de Sistemas
ATENÇÃO:
- Alguns autores utilizam denominações diferentes:
 Sistema Fechado = SISTEMA = MASSA DE CONTROLE
 Sistema Aberto = O VOLUME DE CONTROLE 
 Fronteira = SUPERFÍCIE DE CONTROLE
1.3 Estado e propriedade de uma substância 
 Conceito 2
- A SUBSTÂNCIA que se encontra DENTRO DO SISTEMA pode assumir uma infinidade de
SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO, de acordo com os valores de suas PROPRIEDADES. Cada uma
dessas situações constitui um ESTADO DA SUBSTÂNCIA.
 Conceito 1
- CONDIÇÃO DO SISTEMA, como descrito por suas PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS.
Como normalmente existem relações entre as propriedades, o ESTADO pode ser
caracterizado por um SUBCONJUNTO DE PROPRIEDADES. Todas as outras propriedades
podem ser determinadas em termos desse subconjunto.
Exemplo:
• Estado 1
“O AR em uma sala pode assumir SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO diferentes, de acordo com a
TEMPERATURA e PRESSÃO a que ele está sujeito em cada instante. Se o Ar se encontra à
temperatura de 20 oC e está sujeito à 1 ATMOSFERA de pressão, o seu estado fica definido
pela PRESSÃO e TEMPERATURA.”
• Estado 2
“Havendo um AQUECIMENTO desse ar até 30 oC, o seu ESTADO SOFRE UMA VARIAÇÃO,
apesar de não se registrar a variação na pressão, assumindo uma NOVA SITUAÇÃO DE
EQUILÍBRIO.”
 Propriedades Independentes vs. Propriedades Dependentes
No exemplo anterior...
- A VARIAÇÃO DE TEMPERATURA é independente da VARIAÇÃO DA PRESSÃO. Nesse caso,
essas duas propriedades de estado são INDEPENDENTES.
- Quando duas propriedades não podem assumir valores arbitrários, são denominadas de
PROPRIEDADES DEPENDENTES.
OBSERVAÇÃO
“Na fase de vaporização da água, a PRESSÃO e a TEMPERATURA são propriedades
dependentes”. Exemplo: Ponto de ebulição H2O = 100
oC a 1 atm e 179 oC a 10 atmosferas.
- O ESTADO DE UMA SUBSTÂNCIA é determinado quando são conhecidas pelo menos duas
de suas PROPRIEDADES INDEPENDENTES.”
Estado 1 Estado 2
P = 1 atm
T = 100 oC
OBSERVAÇÃO
- Nesse caso, Pressão e Porcentagem ou título de vapor (X) são propriedades independentes
X =
𝑚𝑣
𝑚𝑣+𝑚𝐿
X 100
X =
0,5 𝑘𝑔
0,5 𝑘𝑔+ 2,0 𝑘𝑔
X 100 
X =20 % 
 Propriedades Independentes vs. Propriedades Dependentes
 Propriedades Extensivas vs. Propriedade Intensivas
- Se uma quantidade de matéria, em um dado ESTADO, é divido em duas partes iguais,
cada parte terá o mesmo valor das propriedades INTENSIVAS e metade do valor das
propriedades EXTENSIVAS da massa original.
- Uma propriedade INTENSIVA é independente do valor da massa, por outro lado, o valor
de um propriedade EXTENSIVA varia diretamente com a massa.
Exemplos:
 PROPRIEDADES INTENSIVAS: temperatura, pressão, volume e massa específica.
 PROPRIEDADES EXTENSIVAS: massa, energia e volume total
Dependentes??? Independentes??? 
 Propriedades Extensivas vs. Propriedade Intensivas
• Propriedades Extensivas 
- Seu valor para o sistema inteiro é a soma dos valores das partes em que o sistema for
subdividido.
- Dependem do tamanho e extensão do sistema.
- Seus valores podem variar com o tempo.
• Propriedades Intensivas 
- Seus valores não dependem do tamanho e extensão do sistema.
- Podem variar de um lugar para outro dentro do sistema em qualquer momento.
1.4 Processo e Ciclos 
- É uma sucessão de estados intermediários de equilíbrio de umas transformação.
- No gráfico ao lado, tem-se um gás que se encontra
no ESTADO 1, definido pelas propriedades pressão
e temperatura (p1, t1). A passagem pelo Estado 2,
definido por p2 e t2, pode ser feita por vários
caminhos, representados no gráfico por A, B e C.”
- Cada um desses caminhos constitui um processo,
pois são formados por uma sucessão de estados de
equilíbrio.

1.4 Processo e Ciclos 
Processo de aquecimento com aumento de volume e pressão constante
Transformação (1 2A): um pistão que se movimenta dentro de um cilindro pode permitir que a
pressão do gás se mantenha constante, à medida que aumenta o seu volume, devido à entrada de
calor.
Processo de aquecimento com aumento de pressão e volume constante
Transformação (2A 3): havendo continuidade na adição de calor e mantendo o pistão travado, a
pressão aumenta e o volume permanece constante.
Transformação (1 2A 3)
p1 = p2A < p3 e V1 < V2A = V3
Transformação (1 2B 3)
Processo de aquecimento com aumento de pressão e volume constante
Transformação (1 2B)
Processo de aquecimento com aumento de volume e pressão constante
Transformação (2B 3)
1.4 Processo e Ciclos 
1.5 Propriedades Termodinâmicas
 Título de Vapor (X) 
mt = mv + mL
- A relação entre a massa do vapor e a massa total do conjunto denomina-se título.
X =
𝑚𝑣
𝑚𝑣+𝑚𝐿
X 100
Observação:
“O título somente pode definido na fase ebulição, nada
representado somente para temperaturas menores ou
maiores que a ebulição, sendo o seu intervalo de variação
0≤ x≤ 1.”
1.5 Propriedades Termodinâmicas  Título de Vapor (X) 
Condições:
- No esquema abaixo, um CILINDRO CONTENDO UM PISTÃO, o qual se movimenta devido à
entrada do calor, mantendo a pressão interna constante.
- Dentro do cilindro encontra-se ÁGUA, que pode assumir 5 SITUAÇÕES DIFERENTES (LSR, LS, M,
VSS e VSA).
(1) LSR - Líquido Sub–resfriado 
(2) LS - Líquido Saturado 
(3) M - Mistura ou Vapor Saturado Úmido 
(4) VSS - Vapor Saturado Seco
(5) VSA - Vapor Super Aquecido
1.5 Propriedades Termodinâmicas
 Título de Vapor (X) 
• Estado (1): LSR - Líquido Sub–Resfriado
- Água no estado líquido, com temperatura abaixo do Ponto de Ebulição. 
• Estado (2): LS- Líquido Saturado 
- Instante que a água atinge a temperatura de vaporização.
• Estado (3): M – Mistura ou Vapor Saturado 
- Água em ebulição no estado líquido e vapor. O conjunto formado por essas duas fases, em
equilíbrio, é conhecido como mistura.
• Estado (4): VSS – Vapor Saturado Seco
- O vapor ainda se encontra na temperatura de vaporização. 
• Estado (5): VSA – Vapor Super Aquecido 
- A temperatura do vapor aumenta e a pressão permanece inalterada. 
1.5 Propriedades Termodinâmicas  Volume Específico (v) 
- Define-se VOLUME ESPECÍFICO de uma substância como a RELAÇÃO entre VOLUME e
a MASSA.
- Esse conceito pode ser entendido na para o líquido na presença do vapor, ambos no estado
saturado, desde que o conjunto seja interpretado como mistura homogênea.
Observação:
“Essa propriedade representa o inverso da massa específica da substância, também
conhecida como densidade.”
vL =
𝑉𝐿
𝑚𝐿
vx =
𝑉
𝑚 vV =
𝑉𝑉
𝑚𝑉
 Atividade 
Define-se volume específico de uma substância como a relação entre o volume e a massa.
Esse conceito pode ser estendido para o líquido na presença do vapor, ambos no estado
saturado, desde que o conjunto seja interpretado como uma mistura homogênea. Tendo
isso em vista, CALCULE o volume específico da mistura (vx); o volume específico do
líquido (vL) e de vapor (vv) para o seguinte sistema termodinâmico: um tanque de 2m
3 de
volume interno contendo 100 kg de uma mistura de líquido e vapor de uma substância
com título de 25%.
Dados: O volume do vapor é 95% do volume total