Capítulo 1 - Alguns Comentários Preliminares

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Alguns Comentários Preliminares 1
Uma parte significativa dos exemplos e problemas apresentados ao longo do nosso es-
tudo da termodinâmica envolve a análise de processos que ocorrem em equipamentos 
como centrais termoelétricas, células de combustível, refrigeradores por compressão 
de vapor, resfriadores termoelétricos, turbinas, motores de foguetes e equipamen-
tos de decomposição do ar. Neste capítulo introdutório, apresentaremos uma breve 
descrição desses equipamentos. Há, pelo menos, duas razões para a inclusão deste 
capítulo no livro. A primeira é que muitos estudantes tiveram pouco contato com tais 
equipamentos e a solução de problemas será mais bem compreendida quando eles já 
tiverem alguma familiaridade com os processos reais e os equipamentos. A segunda 
razão é que este capítulo fornece uma introdução à termodinâmica, incluindo a utili-
zação de certos termos (que serão rigorosamente definidos em capítulos posteriores), 
analisa certos problemas em que a termodinâmica pode ser aplicada e apresenta al-
guns avanços que, pelo menos em parte, devem-se à aplicação da termodinâmica.
A termodinâmica é importante para muitos outros processos que não são abor-
dados neste capítulo. Ela é fundamental, por exemplo, para o estudo dos materiais, 
das reações químicas e dos plasmas. Os estudantes devem ter em mente que este 
capítulo é somente uma breve introdução, portanto, incompleta ao estudo da termo-
dinâmica.
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Alguns Comentários 
Preliminares
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2 Fundamentos da Termodinâmica
1.1 INSTALAÇÃO SIMPLES 
DE UMA CENTRAL 
TERMOELÉTRICA A VAPOR 
A Figura 1.1 mostra o esquema de uma central ter-
moelétrica instalada recentemente. Observe que vapor 
superaquecido a alta pressão deixa o tambor da cal-
deira, também chamada de gerador de vapor, e entra 
na turbina. O vapor é expandido na turbina e, em o 
fazendo, realiza trabalho, o que possibilita à turbina 
acionar o gerador elétrico. O vapor, agora a baixa pres-
são, deixa a turbina e entra no trocador de calor, onde 
calor é transferido do vapor (condensando-o) para a 
água de resfriamento. Como é necessária uma grande 
quantidade de água de resfriamento, as centrais ter-
moelétricas são frequentemente instaladas próximas 
a rios ou lagos, causando a poluição térmica dessas 
fontes de água. A água de resfriamento também pode 
ser resfriada em grandes torres de resfriamento em 
que a redução da temperatura é alcançada à custa da 
evaporação de uma parte dessa água. A água de res-
friamento do condensador presente na central indica-
da na Figura 1.1 é utilizada para aquecer ambientes 
localizados na região vizinha à central termoelétrica. 
A pressão do condensado que sai do condensador 
é aumentada na bomba, permitindo que ele escoe de 
volta para o gerador de vapor para ser reutilizado. Os 
recuperadores de calor, ou pré-aquecedores de água, 
são muito empregados nos ciclos de potência a vapor. 
Em muitas centrais termoelétricas, o ar utilizado na 
combustão também pode ser pré-aquecido pelos ga-
ses de combustão. Esses gases de exaustão também 
precisam ser limpos antes de serem descarregados na 
atmosfera. É importante observar que existem várias 
complicações apesar de se tratar de um ciclo simples.
A Figura 1.2 é uma fotografia da central esboçada 
na Figura 1.1. O prédio alto, mostrado na parte esquer-
da da figura, é a casa das caldeiras. Perto dela estão 
posicionados os prédios que abrigam a turbina e ou-
tros componentes da central. A figura também mostra 
a chaminé acoplada à caldeira, que é bastante alta, e 
o navio que transporta o carvão consumido na caldei-
ra. Essa central de potência, localizada na Dinamarca, 
atingiu uma eficiência térmica recorde na época de sua 
inauguração, convertendo 45% dos 850 MW da energia 
disponível da queima do carvão em energia elétrica. 
Quarenta e sete por cento da potência térmica da cen-
tral são aproveitados para aquecimento de ambientes 
localizados nas proximidades da usina. Em centrais de 
potência mais antigas essa energia era simplesmente 
rejeitada no ambiente, sem que fosse aproveitada. 
A central termoelétrica a vapor descrita anterior-
mente utiliza carvão mineral como combustível. O gás 
natural, os óleos combustíveis e as biomassas também 
são utilizados como combustíveis em outras centrais 
termoelétricas. Algumas centrais termoelétricas no 
mundo operam a partir do calor gerado pelas reações 
nucleares em vez da oxidação de combustíveis. A Figu-
ra 1.3 mostra o esquema de uma instalação propulsora 
naval nuclear. Um fluido secundário circula pelo reator, 
absorvendo o calor gerado pelas reações nucleares que 
ocorrem no equipamento. Esse calor é então transferi-
do do fluido secundário para a água no gerador de va-
por. Esse ciclo ocorre da mesma forma que o mostrado 
no exemplo anterior, mas nesse caso a água de resfria-
mento utilizada no condensador é a água do mar, que é 
devolvida para o mar a uma temperatura mais alta.
Figura 1.1
Esquema de uma central termoelétrica a vapor.
Sistema de 
distribuição
elétrico
Chaminé
Calcário
Cinza
volante
Moedor
de
carvão
Óleo
Ar
Cinza
fundida
Silo de
carvão
Turbina Gerador elétrico
Sistema de
resfriamento
(aquecimento
distrital)
Trocador
de calor
Lavador
de 
gases
Despoeirador
Tambor 
de vapor
(tubulão)
Produtos de combustão
Bomba
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 Alguns Comentários Preliminares 3
Figura 1.2
Central termoelétrica Esbjerg, Dinamarca. (Cortesia da Vestkraft, 
1996.)
Blindagem
do
reator
Embreagem
Bateria M. G.
Mancal
Motor
elétrico de
propulsão
SALA DE MÁQUINAS
Redutor
Condensador
principal
Blindagem
do sistema
nuclear
Gerador
de vapor
Bomba de resfriamento do reator
Bomba Bomba
Entrada de água do mar
Pressurizador
Varas de
controle
Reator
Válvula
de controle
Turbina
principal
Gerador
Figura 1.3
Diagrama do sistema nuclear de propulsão naval. (Cortesia da Babcock and Wilcox Co.)
1.2 CÉLULA DE COMBUSTÍVEL
Quando uma usina termoelétrica convencional é con-
siderada globalmente, como mostrado na Figura 1.4, 
verificamos que o combustível e o ar entram, enquanto 
os produtos da combustão saem da unidade. Há tam-
bém uma transferência de calor para a água de res-
friamento e é produzido trabalho na forma de energia 
elétrica. O objetivo global da central termoelétrica é 
converter a disponibilidade (para produzir trabalho) 
do combustível em trabalho (na forma de energia elé-
trica) da maneira mais eficiente possível, mas levando 
em consideração os custos envolvidos, o espaço neces-
sário, a segurança e aspectos ambientais.
Poderíamos perguntar se todos os equipamentos 
da usina, tais como o gerador de vapor, a turbina, o 
condensador e a bomba são necessários para a pro-
dução de energia elétrica. Não seria possível produzir 
energia elétrica a partir do combustível de uma forma 
mais direta?
Central
termoelétrica
Combustível 
Ar
Produtos de
combustão
Transferência de calor
para a água de resfriamento
Energia
elétrica
(trabalho)
Figura 1.4 
Diagrama esquemático de uma central termoelétrica.
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4 Fundamentos da Termodinâmica
A célula de combustível atinge esse objetivo. A Fi-
gura 1.5 mostra o esquema de uma célula de combus-
tível do tipo membrana de troca iônica. Nessa célula, 
o hidrogênio e o oxigênio reagem para formar água. O 
gás hidrogênio entra pelo lado do anodo e é ionizado 
na superfície da membrana de troca iônica, como indi-
cado na Figura 1.5. Os elétrons fluem pelo circuito ex-
terno, enquanto os íons positivos de hidrogênio atra-
vessam a membrana. No catodo ambos reagem com o 
oxigênio para formar água. 
Há uma diferença de potencial entre o anodo eo 
catodo, resultando num fluxo elétrico que, em termos 
termodinâmicos, é chamado de trabalho. É possível 
que também ocorra uma transferência de calor da cé-
lula de combustível para o ambiente1.
Atualmente, o combustível mais utilizado em cé-
lulas de combustível é o hidrogênio ou uma mistura 
gasosa de hidrocarbonetos e hidrogênio. O oxidante 
normalmente é o oxigênio. Entretanto, as pesquisas 
atuais estão voltadas para o desenvolvimento de cé-
lulas de combustível que utilizam hidrogênio ou hi-
drocarbonetos e ar. Embora as termoelétricas a vapor 
convencionais ou nucleares ainda sejam amplamente 
empregadas para geração de energia em larga escala, e 
embora motores convencionais de combustão interna 
Figura 1.5 
Esquema de uma célula combustível do tipo membrana de troca 
de ions.
__
1 O termo ambiente aqui se refere à região exterior ao sistema que 
está sendo analisado. O termo “vizinhanças do sistema” ou sim-
plesmente “vizinhanças” também é amplamente utilizado para essa 
designação (N.T.).
Figura 1.6 
Esquema de um ciclo simples de refrigeração.
Anodo
Membrana 
de troca de 
ions
Eletrodos
catalíticos
Catodo
Carga
Câmaras 
de gás
OxigênioHidrogênio
H2O
4e– 4e–
– +
2H2O
O2
4e–
4H+
2H2
4e–
4H+
e turbinas a gás ainda sejam utilizados como sistemas 
propulsores de meios de transporte, a célula de com-
bustível poderá se tornar uma séria competidora. Ela 
já tem sido utilizada como fonte de energia em satéli-
tes artificiais e outras aplicações especiais.
A termodinâmica desempenha um papel vital na 
análise, no desenvolvimento e no projeto de todos os 
sistemas geradores de potência, incluindo-se os moto-
res alternativos de combustão interna e as turbinas a 
gás. Considerações como aumento de eficiência, aper-
feiçoamento de projetos, condições ótimas de opera-
ção e métodos alternativos de geração de potência 
envolvem, entre outros fatores, a cuidadosa aplicação 
dos princípios da termodinâmica.
1.3 CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR 
COMPRESSÃO DE VAPOR
A Figura 1.6 mostra o esquema de um ciclo simples de 
refrigeração por compressão de vapor. O refrigerante 
entra no compressor como vapor ligeiramente supera-
quecido a baixa pressão. O vapor é descarregado do 
compressor e entra no condensador como vapor numa 
pressão elevada. A condensação do refrigerante é rea-
lizada no condensador à custa da transferência de ca-
lor para a água de refrigeração ou para o ambiente (vi-
zinhanças). O refrigerante deixa o condensador como 
líquido a uma pressão elevada. A pressão do líquido 
é reduzida ao escoar pela válvula de expansão e isso 
provoca a vaporização instantânea de parte do líquido. 
O líquido restante, agora a baixa pressão e tempera-
tura, é vaporizado no evaporador como resultado da 
Compressor
Trabalho
Vapor a baixa 
pressão
Transferência de calor 
para o ar ambiente ou 
água de refrigeração
Líquido 
a alta 
pressão
Válvula 
de
expansão
Mistura 
de líquido
e vapor a 
baixa pressão
Condensador
Vapor a alta pressão
Evaporador
Transferência de calor
do espaço refrigerado
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 Alguns Comentários Preliminares 5
transferência de calor do ambiente refrigerado para o 
fluido refrigerante. Após essa operação, o vapor retor-
na ao compressor.
Em um típico refrigerador doméstico, o compres-
sor está localizado na parte traseira inferior do equi-
pamento. Os compressores são geralmente selados 
hermeticamente, isto é, o motor e o compressor são 
montados numa carcaça fechada e os fios elétricos do 
motor atravessam a carcaça. Isso é feito para evitar o 
vazamento do fluido refrigerante.
O condensador também está localizado na parte 
posterior do refrigerador e colocado de tal maneira 
que o ar ambiente escoa pelo condensador por convec-
ção natural. A válvula de expansão apresenta a forma 
de um longo tubo capilar e o evaporador envolve o con-
gelador existente no interior do refrigerador.
A Figura 1.7 mostra uma unidade centrífuga de 
grande porte que é utilizada para prover a refrigera-
ção numa unidade de ar condicionado. Nessa unidade, 
a água é resfriada e depois enviada aos locais onde é 
necessário o resfriamento do ar.
1.4 O REFRIGERADOR 
TERMOELÉTRICO
Podemos fazer para o refrigerador por compressão de 
vapor a mesma pergunta que fizemos para a central 
de potência a vapor, isto é, não seria possível alcançar 
nosso objetivo de uma maneira mais direta? Não seria 
possível, no caso do refrigerador, utilizar diretamente 
a energia elétrica (que alimenta o motor elétrico que 
aciona o compressor) para prover a refrigeração e, as-
sim, evitar os custos do compressor, condensador, eva-
porador e das tubulações necessárias?
O refrigerador termoelétrico é a maneira de con-
segui-lo. A Figura 1.8a mostra o esquema de um re-
frigerador desse tipo que utiliza dois materiais dife-
rentes, de maneira similar ao termopar convencional. 
Há duas junções entre esses dois materiais num refri-
gerador termoelétrico. Uma está localizada no espaço 
refrigerado e a outra no ambiente. Quando uma dife-
rença de potencial é aplicada, a temperatura da junção 
localizada no espaço refrigerado diminui e a tempera-
tura da outra junção aumenta. Operando em regime 
permanente, haverá transferência de calor do espaço 
refrigerado para a junção fria. A outra junção estará a 
uma temperatura maior que a do ambiente e haverá, 
então, transferência de calor para o ambiente.
Figura 1.7
Unidade de refrigeração de um sistema de ar condicionado. (Cortesia de Carrier Air Conditioning Co).
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6 Fundamentos da Termodinâmica
Um refrigerador termoelétrico também poderá ser 
utilizado para gerar potência, substituindo-se o espa-
ço refrigerado por um corpo a uma temperatura acima 
da ambiente. Esse sistema é mostrado na Figura 1.8b.
O refrigerador termoelétrico ainda não compete 
economicamente com as unidades convencionais de 
compressão de vapor, mas em certas aplicações espe-
ciais o refrigerador termoelétrico já é empregado. Ten-
do em vista as pesquisas em andamento e os esforços 
para o desenvolvimento desse campo, é perfeitamente 
possível que, no futuro, os refrigeradores termoelétri-
cos sejam muito mais amplamente utilizados.
Figura 1.8
(a ) Refrigerador termoelétrico. (b ) Gerador termoelétrico.
Transferência e calor
do espaço refrigerado
Material A
Transferência de calor para o ambiente
Transferência de calor para o ambiente
i
Material B
i
+–
Junção quenteJunção quente
Eletrodos
de metal
Eletrodos
de metal
Transferência de calor de
um corpo a alta temperatura
Material A
i
Material B
i
+
Carga
Junção friaJunção fria
Junção fria
(a)
(b)
Junção quente
1.5 O EQUIPAMENTO DE 
DECOMPOSIÇÃO DO AR
Um processo de grande importância industrial é a 
decomposição do ar nos seus vários componentes. O 
oxigênio, o nitrogênio, o argônio e os gases nobres são 
obtidos desse modo e podem ser extensivamente uti-
lizados em várias aplicações industriais, espaciais e 
de bens de consumo. O equipamento de decomposi-
ção do ar pode ser considerado como um exemplo de 
dois campos principais: o da indústria dos processos 
químicos e o da criogenia. Criogenia é um termo que 
diz respeito à tecnologia, processos e pesquisas em 
temperaturas muito baixas (geralmente inferiores a 
–125 °C). A termodinâmica é básica para a compre-
ensão de muitos fenômenos que ocorrem tanto nos 
processos químicos como na criogenia, e, assim, ela é 
fundamental no projeto e desenvolvimento de proces-
sos e equipamentos.
Várias concepções de instalações para a decompo-
sição do ar foram desenvolvidas. A Figura 1.9 mostra 
o diagrama simplificado de um dos tipos dessas insta-
lações. Comprime-se o ar atmosférico até uma pressãode 2 a 3 MPa (20 a 30 vezes a pressão atmosférica pa-
drão). O ar é, então, purificado, com a finalidade espe-
cial de se remover o dióxido de carbono, pois ele se so-
lidifica quando o ar é resfriado até sua temperatura de 
liquefação, o que bloquearia as seções de escoamento. 
O ar é, então, comprimido até uma pressão que pode 
variar de 15 a 20 MPa, resfriado até a temperatura am-
biente no resfriador posterior e seco para remover o 
vapor d’água da mistura (que também obstruiria as 
seções de escoamento ao solidificar).
A refrigeração básica no processo de liquefação é 
alcançada com dois processos diferentes. Um envolve 
a expansão do ar no expansor. Durante esse processo 
o ar realiza trabalho e, em consequência, sua tempera-
tura é reduzida. O outro processo de refrigeração en-
volve a passagem do ar por uma válvula de estrangula-
mento, projetada e localizada de tal forma que provoca 
uma queda substancial da pressão do ar e, associada a 
esta, uma queda significativa da temperatura.
A Figura 1.9 mostra que o ar, seco e a alta pres-
são, entra num trocador de calor. A temperatura do 
ar diminui à medida que este escoa pelo trocador de 
calor. Num ponto intermediário do trocador de ca-
lor, uma parte do ar é desviada ao expansor. O res-
tante do ar continua a escoar pelo trocador de calor 
e pela válvula de estrangulamento. As duas correntes 
se misturam, numa pressão que varia de 0,5 a 1 MPa, 
e entram na parte inferior da coluna de destilação 
que também é conhecida por coluna de alta pressão. 
A função dessa coluna é separar o ar em seus vários 
componentes (principalmente oxigênio e nitrogênio). 
Duas correntes de composições diferentes escoam da 
coluna de alta pressão para a coluna superior (também 
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 Alguns Comentários Preliminares 7
conhecida por coluna de baixa pressão) passando por 
válvulas de estrangulamento. Uma dessas correntes 
consiste num líquido rico em oxigênio que escoa da 
parte inferior da coluna mais baixa e a outra consiste 
numa corrente rica em nitrogênio que escoa através 
do subresfriador. A separação é finalizada na coluna 
superior, com o oxigênio líquido saindo pelo fundo e 
o nitrogênio gasoso pelo topo da coluna superior. O 
nitrogênio gasoso escoa através do subresfriador e do 
trocador de calor principal. A transferência de calor 
ao nitrogênio gasoso frio provoca o resfriamento do ar 
que entra no trocador de calor a alta pressão.
A análise termodinâmica é essencial para o pro-
jeto global desse sistema e cada componente isolado, 
incluindo-se os compressores, o expansor, os purifica-
dores, os secadores e a coluna de destilação funcionam 
de acordo com princípios da termodinâmica. Nesse 
processo de separação devemos lidar com as proprie-
dades termodinâmicas das misturas e também com os 
princípios e procedimentos para sua separação. Esse 
tipo de problema é encontrado na refinação do petróleo 
e em muitos outros processos químicos. É importante 
ressaltar que a criogenia é fundamental para muitos 
aspectos do programa espacial e que é essencial um 
conhecimento amplo da termodinâmica para realizar 
um trabalho criativo e efetivo nessa área.
1.6 TURBINA A GÁS
A operação básica de uma turbina a gás é similar à 
do ciclo de potência a vapor, mas o fluido de trabalho 
utilizado é o ar em vez da água. Ar atmosférico é as-
pirado, comprimido num compressor, e encaminhado, 
a alta pressão, para uma câmara de combustão. Nessa 
câmara o ar é misturado com o combustível pulveri-
zado e é provocada a ignição. Desse modo, obtém-se 
um gás a alta pressão e temperatura que é enviado 
a uma turbina onde ocorre a expansão dos gases até a 
pressão de exaustão. O resultado dessas operações é a 
obtenção de potência no eixo da turbina. Essa potên-
cia é utilizada no compressor e em outros dispositivos, 
como um gerador elétrico, que pode ser acoplado ao 
eixo. A energia que não for utilizada para trabalho de 
eixo permanece nos gases de combustão, que possuem 
alta temperatura ou alta velocidade. A finalidade da 
turbina a gás irá caracterizar o projeto, de modo que 
a produção da forma de energia mais desejada seja 
maximizada. A Figura 1.10 mostra uma turbina a gás 
estacionária, de grande porte, e que é utilizada na ge-
ração de potência. A unidade apresenta 16 estágios de 
compressão, 4 estágios de expansão e potência igual 
a 43 MW (43000 kW). Note que, como a combustão 
consome o oxigênio do ar, os gases de exaustão não 
podem ser reciclados como ocorre com a água no ciclo 
de potência a vapor.
A turbina a gás é usualmente preferida como sis-
tema gerador de potência nos casos em que existe 
problema de disponibilidade de espaço físico e se ne-
cessita de muita potência. Os exemplos são: motores 
aeronáuticos, centrais de potência para plataformas de 
petróleo, motores para navios e helicópteros, pequenas 
centrais de potência para distribuição local e geradores 
Figura 1.9 
Diagrama simplificado de uma instalação de oxigênio líquido.
Oxigênio líquido
Tanque de
oxigênio líquido
Nitrogênio
gasoso
Coluna de
destilação
Subres-
friador
Absorvedor de
hidrocarbonetos
Válvula de
estrangulamento
Expansor
Tomada de 
ar fresco
Compressor de
baixa pressão
Purificador de ar
Compressor
de alta pressão
Pós-resfriador
Trocador
de calor
Secador
de ar
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8 Fundamentos da Termodinâmica
de potência para atendimento de picos de consumo em 
centrais de potência maiores. Como os gases de exaus-
tão apresentam temperaturas relativamente altas, pode 
ser proposto um arranjo para que esses gases aqueçam 
a água que alimenta uma central de potência a vapor 
antes de serem descarregados para a atmosfera. Nos 
exemplos mencionados anteriormente, as aplicações 
do motor a jato e do turbopropulsor utilizam parte da 
potência para descarregar os gases a alta velocidade. 
É isso que produz o empuxo que movimenta o avião. 
As turbinas a gás nessas aplicações são, portanto, di-
ferentes daquelas projetadas para centrais de potência 
estacionárias, de onde a energia é extraída como tra-
balho de eixo para um gerador elétrico. A Figura 1.11 
mostra um motor a jato, do tipo “turbofan”, utilizado 
em aviões comerciais. Note que o primeiro estágio de 
compressão, localizado na região próxima à seção de 
entrada do ar na turbina, também força o ar a escoar 
sobre a superfície externa do motor, proporcionando o 
seu resfriamento e também um empuxo adicional.
Figura 1.10 
Turbina a gás de 43 MW. (Cortesia da General Electric Co.)
Figura 1.11 
Motor a jato Turbofan. (Cortesia da General Electric Aircraft Engines.)
Escoamento principal
Escoamento secundário (”Bypass”)
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 Alguns Comentários Preliminares 9
1.7 MOTOR QUÍMICO DE 
FOGUETE
O advento dos mísseis e satélites pôs em evidência o 
uso do motor de foguete como instalação propulsora. 
Os motores químicos de foguetes podem ser classifica-
dos de acordo com o tipo de combustível utilizado, ou 
seja, como propelente sólido ou líquido.
A Figura 1.12 mostra o diagrama simplificado de 
um foguete de propelente líquido. O oxidante e o com-
bustível são bombeados através da placa injetora para 
a câmara onde ocorre a combustão a alta pressão. Os 
produtos de combustão a alta temperatura e pressão 
expandem-se ao escoarem através do bocal. O resulta-
do dessa expansão é uma alta velocidade de descarga 
dos produtos. A variação da quantidade de movimento 
associada a esse aumento da velocidade de escoamen-
to fornece o empuxo sobre o veículo.
O oxidante e o combustível devem ser bombeados 
para a câmara de combustão. Para que isso ocorra, é 
necessária uma instalação de potência auxiliar para 
acionar as bombas. Essa instalação, nos grandes fo-
guetes, deve sermuito confiável e apresentar potência 
relativamente alta; todavia, deve ser leve. Os tanques 
do oxidante e do combustível ocupam a maior parte 
do volume de um foguete, cujo alcance é determinado 
principalmente pela quantidade de oxidante e de com-
bustível que podem ser carregados. Diversos combus-
tíveis e oxidantes têm sido considerados e testados, 
e muito esforço tem sido demandado no desenvolvi-
mento de combustíveis e oxidantes que proporcionem 
o maior empuxo por unidade de fluxo mássico dos rea-
gentes. O oxigênio líquido é frequentemente utilizado 
como oxidante nos foguetes de propelente líquido, e o 
hidrogênio líquido como combustível.
Muitas pesquisas também foram realizadas para 
desenvolver os foguetes de propelente sólido. Esses 
foguetes apresentaram bons resultados no auxílio da 
decolagem de aviões e na propulsão de mísseis mili-
tares e de veículos espaciais. Embora sejam mais difí-
ceis de controlar, eles requerem equipamentos básicos 
mais simples para a operação e há menos problemas de 
logística envolvidos no seu uso.
1.8 OUTRAS APLICAÇÕES E 
ASPECTOS AMBIENTAIS
A termodinâmica é relevante na análise de muitas ou-
tras aplicações. O calor produzido pela decomposição 
do lixo urbano em aterros municipais, que contém 
muito material orgânico, tem sido utilizado para a pro-
dução de energia elétrica. Além disso, o gás metano 
produzido na decomposição do lixo urbano tem sido 
coletado para ser utilizado como combustível. As fon-
tes geotérmicas de calor, a energia solar e a energia 
dos ventos também têm sido utilizadas na produção de 
energia elétrica. Combustíveis têm sido convertidos de 
uma forma em outra, visando a uma maior conveniên-
cia e facilidade de uso, como ocorre na gaseificação do 
carvão mineral e na síntese de combustíveis líquidos 
a partir de biomassa. As hidrelétricas têm sido utiliza-
das há muito tempo na produção de energia elétrica. 
A termodinâmica também é relevante na análise do 
processo de cura das estruturas de concreto, que pro-
duz calor, do resfriamento de componentes e equipa-
mentos eletrônicos, dos processos criogênicos (como 
a criocirurgia e o congelamento rápido de alimentos) 
e de muitos outros processos importantes. Muitas das 
aplicações mencionadas aqui serão examinadas em 
detalhes nos capítulos subsequentes deste livro.
Devemos também nos preocupar com os aspectos 
ambientais relacionados com os processos e equipa-
mentos que foram desenvolvidos com os conhecimentos 
Figura 1.12 
(a ) Esquema simplificado de um foguete a combustível líquido. (b ) 
Fotografia do motor principal de nave espacial da NASA.
Tanque de
oxidação
Tanque de
combustível
Instalação
auxiliar para
acionamento
das bombas
BombaBomba
Placa do injetor
Câmara de
combustão
Bocal
Gases de combustão
a alta velocidade
(a)
(b)
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10 Fundamentos da Termodinâmica
da termodinâmica. Um exemplo é a central termoelétri-
ca a vapor, que produz eletricidade, profundamente in-
corporada na sociedade. Nos últimos anos, entretanto, 
ficou claro que temos de levar em consideração os efei-
tos da implantação e operação dessas centrais sobre o 
ambiente. A combustão de hidrocarbonetos e de carvão 
mineral produz dióxido de carbono que é lançado na at-
mosfera, aumentando a concentração desse componen-
te. O CO2, assim como alguns outros gases, absorve a 
radiação infravermelha emitida pela superfície da Ter-
ra e, assim, propicia o “efeito estufa”, responsável pelo 
aquecimento global e pelas mudanças significativas do 
clima em todo o planeta. A queima de outros combus-
tíveis em centrais termoelétricas e em motores a diesel 
ou a gasolina também produzem outros poluentes além 
dos dois já citados. Componentes como o monóxido de 
carbono, óxidos nítricos e combustíveis parcialmente 
oxidados, juntamente com material particulado, con-
tribuem para a poluição atmosférica e por isso têm a 
emissão limitada por leis em muitas aplicações. Con-
versores catalíticos instalados nos automóveis ajudam a 
minimizar o problema da poluição. A Figura 1.1 mostra 
o sistema de limpeza dos gases de exaustão e remoção 
de cinzas incorporados nas centrais de potência para 
combater esses problemas. A poluição térmica associa-
da com o resfriamento da água de centrais termoelétri-
cas já foi discutida na Seção 1.1.
Os sistemas de refrigeração e ar condicionado, e 
alguns outros processos industriais, utilizam compos-
tos fluorclorados de carbono que, quando emitidos na 
atmosfera, provocam a destruição da camada proteto-
ra de ozônio. Muitos países proibiram a fabricação de 
alguns desses compostos e incentivaram de modo sig-
nificativo a substituição deles por substâncias menos 
nocivas ao ambiente. 
Esses são apenas alguns dos problemas ambien-
tais provocados pelos nossos esforços para produzir 
bens e melhorar o nosso padrão de vida. É necessário 
manter a atenção sobre o assunto ao longo do nosso 
estudo da termodinâmica, que é a ciência que estuda 
as conversões de energia. Devemos pensar em como 
eliminar ou, pelo menos, minimizar os efeitos noci-
vos, usando os recursos naturais de forma eficiente 
e responsável.
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