Termodinâmica Aula 1

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Termodinâmica I
Aula 1Aula 1
Curso de Engenharia Mecânica
Prof. Adriano Carotenuto
e-mail: adriano.carotenuto@gmail.com
Conteúdo Programático
• UNIDADE 1 – PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS
Propriedades das substâncias puras.
• UNIDADE 2 - TRABALHO E CALOR
Definição; Modelo de gás perfeito.
• UNIDADE 3 - PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA• UNIDADE 3 - PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Primeira Lei para uma massa de controle e para um volume de controle.
• UNIDADE 4 - SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
Segunda Lei para uma massa de controle e para um volume de controle.
• UNIDADE 5 - ENTROPIA
• UNIDADE 6 - IRREVERSIBILIDADE E DISPONIBILIDADE
Bibliografia
• BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R.E., 2009. Fundamentos 
da Termodinâmica, Blucher.
• CENGEL, Y.A., BOLES, M.A., 2006. Termodinâmica, Mc 
Graw Hill.Graw Hill.
• MORAN, M.J.; SHAPIRO, H.N.; Boettner, D.D.; Bailey, 
M.B., 2009. Fundamentals of Engineering
Thermodynamics. John Wiley & Sohn, Inc.
Avaliação
• 1ª Área: 
- Propriedades Termodinâmicas
- Trabalho e Calor
- Primeira Lei da Termodinâmica
Prova: N1 (10 pontos)
• 2ª Área: 
- Segunda Lei da Termodinâmica
- Entropia
- Irreversibilidade e Disponibilidade
Prova: N2 (10 pontos)
Avaliação
Sistema de avaliações
Prova 1: 14/05/2018 (peso 1/2)
Prova 2: 09/07/2018 (peso 1/2)
Prova substitutiva: 16/07/2018 (peso 1/2)
Avaliação
- Nota Final (NF) = (N1 + N2)/2
Aprovação:
- NF ≥ 6,0
- Freqüência ≥ 75%- Freqüência ≥ 75%
Se NF < 6,0: 
Critério para prova substitutiva:
- Freqüência ≥ 75%
- N1 e N2 ≥ 3,0, ou média ≥ 3,0
Avaliação
Prova substitutiva
- Prova substitutiva (todo o conteúdo) para recuperar a menor nota 
entre as 2 provas (N1 e N2);
- Prova Substitutiva (PS) vale 10 pontos e tem peso 1/2 da média 
final;
- Por exemplo, se a menor nota for a N1, tem-se o cálculo da NF:- Por exemplo, se a menor nota for a N1, tem-se o cálculo da NF:
Nota Final (NF) = (PS + N2)/2.
- Para aprovação: NF ≥ 6,0
- Não há 2ª chamada para a prova substitutiva.
Os alunos reprovados recebem a NF recalculada e os aprovados
por PS obtém sempre NF = 6,0.
Termodinâmica I
Aula 1
Conceitos e DefiniçõesConceitos e Definições
Curso de Engenharia Mecânica
Prof. Adriano Carotenuto
e-mail: adriano.carotenuto@gmail.com
IMPORTANTE
• Estas apresentações resumem o conteúdo do
Livro texto Fundamentos da Termodinâmica,
em momento algum o aluno deve supor que as
mesmas se sobrepõem ou transformam emmesmas se sobrepõem ou transformam em
desnecessário o uso do livro texto. Ao
contrário, a sua função é somente facilitar ao
aluno o uso do referido livro.
Sumário 
Capítulo 2
• O que significa Termodinâmica?
• Aplicações;
• Conceitos e definições;
•• Exercícios.
TERMODINÂMICA
TERMODINÂMICA
• Significa: termo = Calor e dinâmica = movimento.
• Estuda as relações de transferência de energia entre um
sistema e o seu meio ambiente.
Conservação da energia (1ª lei)
O calor flui da maior para 
a menor temperatura (2ª lei)
TERMODINÂMICA
TERMODINÂMICA
• Estuda as variações resultantes na temperatura e na
mudança de estado das propriedades macroscópicas,
como por exemplo, pressão e temperatura (P, T).
P, T1 atm → Tebulição: 100 oC
2 atm→ Tebulição: 120 oC
TERMODINÂMICA
TERMODINÂMICA
• As propriedades macroscópicas (ex. pressão,
temperatura e massa específica) são determinadas,
considerando os sistemas em equilíbrio (térmico,
mecânico, de fase e químico).mecânico, de fase e químico).
Exemplo de
um sistema
em equilíbrio
térmico.
TERMODINÂMICA
TERMODINÂMICA
• É baseada em leis empíricas (independem de modelo)
Entrada – Saída = Armazenada
1ª lei da termodinâmica
TERMODINÂMICA
TERMODINÂMICA
• As leis da termodinâmica são as seguintes:
– Lei zero: define temperatura (T)
– Primeira lei: define energia (U)– Primeira lei: define energia (U)
– Segunda lei: define entropia (S)
– Terceira lei: determina um valor numérico para entropia (S)
Aplicações da Termodinâmica
• É difícil imaginar uma área que não se relacione à
Termodinâmica de alguma maneira, pois todas as
atividades da natureza envolvem algumaatividades da natureza envolvem alguma
interação entre energia e matéria.
• O desenvolvimento de uma boa compreensão dos
princípios básicos da Termodinâmica há muito
constitui parte essencial do ensino da Engenharia.
Aplicações da Termodinâmica
Central termolétrica Esbjerg, Dinamarca
Aplicações da Termodinâmica
Central termoelétrica a vapor
Aplicações da Termodinâmica
Refrigerador
Aplicações da Termodinâmica
Motores turbofan
Turbinas a gás estacionária
Aplicações da Termodinâmica
Propulsão naval
Aplicações da Termodinâmica
Aplicações biomédicasMotor de automóvel
Conceitos e Definições
• Sistema: é o objeto de análise; é a parte do 
universo que se busca estudar.
Conceitos e Definições
• Sistema: é o objeto de análise; é a parte do 
universo que se busca estudar.
Conceitos e Definições
• Sistema: é o objeto de análise; é a parte do 
universo que se busca estudar.
sistema
Conceitos e Definições
• Vizinhança: é o meio externo ao sistema
sistema
Vizinhança
Conceitos e Definições
• Fronteira: é o que delimita o sistema da sua 
vizinhança; pode ser fixa ou móvel.
sistema
Vizinhança
Conceitos e Definições
• Através da fronteira do sistema podem ocorrer as
transferências de massa e de energia em forma de calor
(Q) ou trabalho (W)
sistema
Vizinhança
Q
W
Conceitos e Definições
• Sistema Fechado: não há transferência de massa entre o
sistema e a vizinhança; apenas transferência de energia
(Q, W).
sistema
Vizinhança
Q
W
m=constante
Conceitos e Definições
• Sistema Aberto (volume de controle): há transferência 
de massa e energia entre o sistema e a vizinhança.
Volume de 
controle
Q
controle
m&
m&
W
Vizinhança
/s]mássica[kg vazão:m&
Conceitos e Definições
• Sistema Aberto (volume de controle): exemplo
am&
fm&
gm&
W
Conceitos e Definições
• Sistema Aberto (volume de controle): mais exemplos
Conceitos e Definições
• Sistema Isolado: não há transferência de massa nem 
de energia entre o sistema e a vizinhança
sistema
Vizinhança
W = 0 (não há variação do volume)
Q = 0 (adiabático)
0====m&
Conceitos e Definições: Descrevendo o 
sistema
• Descrevendo o sistema: Os sistemas podem ser
estudados do ponto de vista
– MACROSCÓPICO (Termodinâmica Clássica)– MACROSCÓPICO (Termodinâmica Clássica)
ou
– MICROSCÓPICO (Termodinâmica Estatística)
Conceitos e Definições: Descrevendo o 
sistema
• A Termodinâmica Clássica: Desconsideram-se os
efeitos isolados de cada molécula, por exemplo na
pressão que um gás exerce sobre a parede de um
cilindro. (região)
Não são considerados os efeitos
isolados de cada molécula.
Conceitos e Definições: Descrevendo o 
sistema
• A Termodinâmica Estatística: aborda o problema do
ponto de vista microscópico, considerando os efeitos
da estrutura molecular, por exemplo em criogenia,
cinética química e entre outros. (região)
São considerados os efeitos
da estrutura molecular.
Conceitos e Definições: Descrevendo o 
sistema
• A abordagem dos problemas estudados nesta disciplina
será do ponto de vista macroscópica, isto é, a
Termodinâmica Clássica.
Portanto, adota-se a hipótese do meio contínuo, isto é,
são considerados volumes que são muito maiores que ossão considerados volumes que são muito maiores que os
moleculares.
Conceitos e Definições: Descrevendo o 
sistema
• Meio contínuo
Sabendo-se que 6,3 x 10-8 m é a distância que 
percorre uma molécula de O2 até colidir com 
outra mólecula (percurso livre médio).
Para um volume de 1 mm3, tem-se 3 x 1016 moléculasde oxigênio.
outra mólecula (percurso livre médio).
Se uma das distâncias no volume de controle 
for igual a 0,1 m, tem-se:
médio livre percurso o vezes106,1
103,6
1,0 6
8 xx
====
−−−−
Diâmetro do O2: 3 x 10-10 m Portanto, o sistema é um meio contínuo.
Exercícios
• Exercício 1: Englobe a turbina da central
termoelétrica a vapor, mostrada na Figura 1.1
(a seguir), com um volume de controle e faça
uma lista dos fluxos de massa e de energiauma lista dos fluxos de massa e de energia
identificados na fronteira do volume de
controle escolhido.
Figura 1.1 - Central termoelétrica a 
vapor
Exercícios
• Exercício 2: Identifique na fronteira do sistema 
do conjunto pistão-cilindro abaixo os fluxos de 
massa e de energia com a vizinhança.
Exercícios
• Exercício 3: Identifique na fronteira do sistema 
de um motor de automóvel abaixo os fluxos de 
massa e de energia com a vizinhança.
Exercícios
• Exercício 4: Conforme ilustrado na figura abaixo, o vapor (Steam)
passa pela válvula e turbina que estão em série. A turbina movimenta o
gerador elétrico. Considerando a válvula e a turbina como um sistema,
identifique na fronteira do sistema onde há interação (fluxos de massa e
de energia) com a vizinhança. Repita a análise para um sistema
englobando o gerador elétrico.englobando o gerador elétrico.
• Exercícios 2, 3 e 4 da apresentação; exercícios 
2.2 e 2.3 do livro texto; ler os capítulos 1 e 2 
do livro texto.