EER0013 Aula 1 Revisão de Termodinâmica (Parte 1)

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Universidade Federal da Integração Latino-Americana
Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Território e Infraestrutura
Engenharia de Energia
Prof. Fabyo Luiz Pereira
fabyo.pereira@unila.edu.br
UNILA – ILATTI – EE Foz do Iguaçu / PR
EER0013 – Máquinas Térmicas
Aula 1 – Revisão de Termodinâmica (Parte 1)
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Tópicos da Aula
● Revisão de Termodinâmica – Parte 1:
● Definição.
● Importância.
● Exemplos de sistemas.
● Grandezas e conversões.
● Conceitos e definições:
● Sistemas.
● Substância pura.
● Propriedades.
● Fases.
● Estados.
● Classes de propriedades.
● Ciclos.
● Propriedades termodinâmicas:
● Volume específico.
● Massa específica.
● Energia interna.
● Entalpia.
● Título.
● Pressão.
● Calor específico.
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Termodinâmica
● Termodinâmica = Calor + Movimento:
● Termodinâmica é a ciência da energia e da entropia, que trata:
● Do calor e do trabalho.
● Das propriedades das substâncias relacionadas ao calor e ao trabalho.
● Papel vital em sistemas geradores de potência:
● Análise.
● Desenvolvimento.
● Projeto.
● Aplicação dos conceitos termodinâmicos garantem:
● Aumento da eficiência.
● Aperfeiçoamento de projetos.
● Obtenção de condições ótimas de operação.
● Equipamentos e instalações onde se aplicam conceitos de termodinâmica:
● Familiarização com os equipamentos.
● Identificar onde a termodinâmica se aplica.
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Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
Diagrama esquemático de uma central termelétrica.
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Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
Representação de uma central termelétrica a vapor.
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Diagrama de um sistema de propulsão nuclear naval.
Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
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Turbina a gás (motor a jato) tipo turbofan.
Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
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(a) Esquema simplificado de um foguete a combustível líquido.
(b) Foto do motor principal de um foguete.
Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
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Diagrama de um motor ciclo Diesel em corte.
Exemplos de Sistemas Termodinâmicos
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Grandezas Físicas
● Grandezas primárias:
● Formam um grupo a partir do
qual todas as demais grandezas
podem ser formadas.
● Possuem unidades arbitrárias.
● Exemplo Comprimento:→
● Sistema internacional m.→
● Sistema inglês ft.→
● Grandezas secundárias:
● São aquelas que podem ser formadas a partir da combinação de grandezas 
primárias.
● Suas unidades são expressas em termos das unidades das grandezas primárias.
● Exemplo Força:→
Grandeza primária Dimensão primária
Sistema internacional
Unidade Símbolo
Massa M Quilograma kg
Comprimento L Metro m
Tempo t Segundo s
Temperatura T Kelvin K
Corrente elétrica I Ampère A
Quantidade de matéria N Mol mol
Intensidade luminosa J Candela cd
Ângulo plano - Radiano rad
Ângulo sólido - Esferorradiano sr
F=m .a → [N ]=[kg . ms2 ]⏞
Símbolos no
Sistema Internacional
=[M . Lt 2 ]⏞
Dimensão
primária
=[M Lt−2 ]
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Grandezas Físicas
● Exemplos de conversões:
● Converter 6 kg para lb:
● Converter 25 ft para m:
● Exemplos de uso dos prefixos:
● Força:
● Tempo:
Grandeza Sistema Internacional
Sistema
inglês Conversão
Massa kg lb 1 lb = 0,4536 kg1 kg = 2,2046 lb
Comprimento m ft 1 ft = 0,3048 m1 m = 3,2808 ft
Tempo s s -
Força N lbf 1 lbf = 4,4482 N1 N = 0,2248 lbf
Unidades nos sistemas internacional e inglês e fatores de conversão.
Fator Prefixo Símbolo
1012 tera T
109 giga G
106 mega M
103 quilo k
10-3 mili m
10-6 micro μ
10-9 nano n
10-12 pico p
Prefixos das unidades no sistema internacional.
m=6 kg
m=6 kg . 2,2046 lbkg
m=13,2276 lb
L=25 ft
L=25 ft .0,3048 mft
L=7,62m
F=1000mN=1000 .10−3N=1N
F=1N=1.10−3 . 103⏟
k
N=10−3 kN
t=0,003Ms=0,003 .106 s=3000 s
t=3000 s=3000 .103 . 10−3⏟
m
s=3000000ms
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Conceitos e Definições
● Sistemas:
Sistema Fechado Sistema Aberto
Nome alternativo Massa de controle Volume de controle
Interface com vizinhança Fronteira do sistema Superfície de controle
Trabalho pode cruzar a interface? Sim Sim
Calor pode cruzar a interface? Sim Sim
Massa pode cruzar a interface? Não Sim
Massa pode variar? Não Sim
Exemplo de um sistema fechado. Exemplo de um sistema aberto.
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Conceitos e Definições
● Substância Pura:
● É aquela que tem composição química invariável e homogênea.
● Pode existir em mais de uma fase, mas sua composição é sempre a mesma.
● Exemplos:
● Água líquida.
● Mistura de água líquida com vapor.
● Mistura de água líquida com gelo.
● Propriedades Termodinâmicas: 
● Qualquer característica de um sistema é denominada propriedade:
● Propriedades familiares:
● Exemplos: Pressão, temperatura, volume, massa, etc.
● Propriedades menos familiares:
● Exemplos: Pressão de vapor, energia interna, entalpia, entropia, etc.
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Conceitos e Definições
● Fases de uma Substância Pura:
● Gasosa (ou vapor).
● Líquida.
● Sólida.
● Estados Termodinâmicos:
● Em cada fase, uma substância pura pode existir a várias pressões e 
temperaturas, ou seja, em vários estados termodinâmicos.
● Podem ser identificados por propriedades macroscópicas (tais como T, p e ρ).
● Para um dado estado termodinâmico, as propriedades têm sempre o mesmo 
valor.
● Processos Termodinâmicos:
● Sempre que o valor de qualquer propriedade termodinâmica de um sistema se 
altera, ocorre uma mudança de estado termodinâmico.
● Quando um sistema muda de estado, diz-se que ele sofreu um processo 
termodinâmico.
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Conceitos e Definições
● Ciclos Termodinâmicos:
● Quando um sistema passa por um certo número de processos termodinâmicos e 
retorna ao estado inicial, diz-se que o sistema sofreu um ciclo termodinâmico.
Exemplo de um ciclo termodinâmico: água numa central 
termelétrica a vapor operando segundo um ciclo Rankine.
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Propriedades Termodinâmicas
● Classes de Propriedades Termodinâmicas:
● Intensivas Independem da massa.→
● Exemplos: Temperatura, pressão e massa específica.
● Extensivas Variam diretamente com a massa.→
● Exemplos: Massa, volume e entalpia total.
● Específicas São propriedades extensivas por unidade de massa ou por →
unidade de volume.
● Exemplos: Massa específica, volume específico e entalpia específica.
ρ=m
V [ kgm3 ] ν=Vm [m
3
kg ] h [ kJkg ]
T [K ] p [kPa ] ρ=m
V [ kgm3 ]
m [kg] V [m3 ] H [kJ ]
Todas as propriedades específicas são intensivas, mas 
nem todas as propriedades intensivas são específicas.
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Propriedades Termodinâmicas
● Volume Específico (ν) e Massa Específica (ρ):
● Volume específico Volume por unidade de massa ocupado pela substância:→
● Massa específica Massa por unidade de volume apresentada pela substância:→
● Volume específico e massa específica são inversas:
● O volume específico (ou a massa
específica) de um sistema em um campo
gravitacional pode variar de um ponto
para o outro.
● Exemplo: ν aumenta e ρ diminui com o
aumento da altitude.
ν=1ρ e ρ=
1
ν
ν=V
m [m
3
kg ]
ρ=
m
V [ kgm3 ]
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● Energia Interna:
● Está relacionada à estruturamolecular e ao grau de atividade molecular.
● É a soma de todas as formas microscópicas de energia.
● Energia interna total:
● Energia interna específica:
● Entalpia:
● É uma propriedade termodinâmica obtida a partir da combinação de outras 
propriedades termodinâmicas.
● É dada pela soma da energia interna com a energia de escoamento:
● Entalpia total:
● Entalpia específica:
H=U+ pV [kJ ]
h=u+ p ν [ kJkg ]
U=mu [kJ ]
u=U
m [ kJkg ]
Propriedades Termodinâmicas
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● Título (x):
● É a razão entre a massa de vapor e a massa total de uma substância pura:
● Tem significado físico apenas quando a substância está num estado saturado:
● Utilizado para determinar o estado termodinâmico de uma substância pura na 
região de saturação.
x=
m vap
m
[ ]
Título Estado termodinâmico
x = 0 Líquido saturado
0 < x < 1 Mistura de líquido com vapor saturado
x = 1 Vapor saturado
Propriedades Termodinâmicas
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Propriedades Termodinâmicas
● Pressão:
● Define-se pressão como a
componente normal da força
por unidade de área.
● A pressão num ponto de um
fluido em equilíbrio é igual em
todas as direções.
● Instrumentos para medição de pressão:
● Barômetro Mede pressão absoluta (em geral a atmosférica).→
● Manômetro Mede pressão manométrica (diferença entre a pressão →
absoluta e a atmosférica).
● Unidades:
● SI: Pascal 1 Pa = 1 N/m→ 2
● Bar 1 bar = 10→ 5 Pa = 100 kPa = 0,1 MPa
● Atmosfera 1 atm = 101.325 Pa = 101,325 kPa→
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● Barômetro:
● Barômetros medem a pressão atmosférica local.
● O barômetro é composto por um recipiente e uma
coluna, ambos contendo o mesmo fluido líquido,
como mostra a figura ao lado.
● A coluna é enchida completamente com o líquido e é
então mergulhada no recipiente, e assim o peso do
líquido contido na coluna cria uma região de vácuo
acima do ponto C.
● No barômetro mostrado acima, temos que a pressão no ponto B é igual:
● À pressão atmosférica.
● À soma da pressão da coluna líquida com a pressão no ponto C (a qual é 
praticamente nula, pois acima de C há vácuo).
● Assim:
patm=pB=pc+ρgh → patm=ρgh [Pa ]
Propriedades Termodinâmicas
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● Manômetro:
● Manômetros medem pressões manométricas.
● Há vários tipos de manômetros, e na figura ao lado
é mostrado um manômetro de coluna fluida, o qual
consiste em um tubo em U contendo um fluido
líquido (água, mercúrio, álcool, entre outros).
● A pressão no ponto 2 é uma pressão absoluta e é igual:
● À pressão no ponto 1 (do fluido confinado): 
● À soma das pressões atmosférica e da coluna líquida:
● Assim:
● Como se define pressão manométrica como a diferença entre a pressão 
absoluta e a atmosférica, temos que: 
pman=pgas−patm → pman=ρg h [Pa ]
pgas=patm+ρ gh → pgas−patm=ρg h → Δ p=ρgh
p2=p1=pgas
p2=patm+ρ gh
Propriedades Termodinâmicas
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Calor Específico
● Calor Específico:
● Calor específico, ou capacidade térmica específica, é definido como a 
quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de 
massa de uma substância em um grau.
● A partir da forma diferencial da conservação da energia (ver aula 2), 
desprezando ΔEC e ΔEP e admitindo que o processo seja quase-estático:
● A equação acima pode ser considerada para dois casos distintos:
● Calor específico a volume constante (se V = cte, p.dV = 0 e δQ = dU):
● Calor específico a pressão constante (se p = cte, δQ = dU+p.dV, mas dH = 
dU+p.dV, então δQ = dH):
cv=
Quantidade de calor
(Unidade de massa) .(Temperatura)
=
1
m ( δQδT )v=
1
m ( ∂U∂T )v → cv=(
∂ u
∂T )v
c p=
Quantidade de calor
(Unidade de massa) .(Temperatura)
=
1
m ( δQδT )p=
1
m (∂ H∂T )p → c p=(
∂ h
∂T )p
dU+d (EC)+d (EP)=δQ−δW → δQ=dU +δW
δQ=dU+ pdV
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Calor Específico de Sólidos e Líquidos
● Calor Específico de Sólidos e Líquidos:
● Para sólidos e líquidos, o volume específico é muito pequeno e é praticamente 
constante, e assim:
● Logo:
● Assim:
● Se um sólido ou líquido sofre um processo do estado 1 ao 2:
● A equação acima não é válida para baixas temperaturas ou através de um grande 
intervalo de temperatura.
h=u+ p v → dh=du+ pdv+v dp → dh≈du
c v=( ∂u∂T )v → du=cv dT
c p=( ∂ h∂T ) p → dh=c pdT } dh≈du → cv dT≈c pdT → cv≈c p=c
dh≈c dT
h2−h1=c (T 2−T 1)
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	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24