Fenômenos de Transporte e Termodinâmica

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Fenômenos de Transporte 
Engº Josué Evandro Conchi 
Fenômenos de Transporte 
O estudo sistemático e unificado da transferência de 
quantidade de movimento, energia e matéria. O assunto 
inclui as disciplinas de Mecânica dos Fluidos, 
Transferência de Calor, Termodinâmica e Transferência 
de Massa. 
Termodinâmica 
A ciência que se preocupa com o estudo das 
transformações da energia e o relacionamento entre as 
várias grandezas físicas de uma substância afetadas por 
aquelas transformações energéticas. 
Mecânica dos fluidos 
A ciência que lida com o transporte de energia e a 
resistência ao movimento associada com o escoamento 
dos fluidos. 
Transferência de Calor 
A ciência que descreve a transferência de uma 
determinada forma de energia como decorrência de uma 
diferença de temperaturas. 
Transferência de Massa 
A transferência de massa é o processo de transporte 
onde existe a migração de uma ou mais espécies 
químicas em um dado meio, podendo esse ser sólido, 
líquido ou gasoso. 
Termodinâmica 
- Ciência da energia e da entropia. 
- Ciência que trata do calor, do trabalho e daquelas 
propriedades das substâncias relacionadas com calor e 
trabalho. 
A termodinâmica lida com as energias internas do 
sistema e é governada por um conjunto de leis. 
Sistema Termodinâmico 
Compreende um dispositivo ou uma combinação de 
dispositivos que contém uma quantidade de matéria que 
está sendo estudada. Para uma definição mais precisa, 
um volume de controle será escolhido de modo a conter a 
matéria e os dispositivos dentro de uma superfície de 
controle. 
A superfície de controle pode ser móvel ou estacionária 
e aberta ou fechada a fluxos de massa. 
Massa de Controle 
Sempre a mesma 
quantidade de matéria 
Superfície de controle 
fechada ao fluxo de 
massa 
Volume de controle 
 Em muitos casos, devemos fazer uma análise termodinâmica 
de equipamentos ou ambientes que envolvem escoamento de massa 
para dentro ou para fora dele, assim, especificamos um volume de 
controle que circunde o dispositivo em consideração. 
Volume de controle 
 Definimos então volume de controle como sendo um 
sistema termodinâmico limitado por uma superfície de 
controle através da qual pode haver fluxo de massa. 
Estado e Propriedades de uma Substância 
 Uma fase é definida como uma quantidade de matéria totalmente 
homogênea. Quando mais de uma fase coexiste, elas são separadas, entre si, 
por meio de fronteiras de fase. 
 Em cada fase, a substância pode existir em várias pressões e 
temperaturas, em terminologia termodinâmica: vários estados. 
Estado e Propriedades de uma Substância 
Propriedades intensivas: Seu valor independe da massa (temperatura, pressão 
e massa específica). 
 
Propriedades extensivas: Varia diretamente com a massa (massa e volume 
total). 
 
Podemos também nos referir as propriedades do sistema, assim, os valores das 
propriedades tem significado para todo o sistema, o que implica em equilíbrio. 
Equilíbrio Térmico: 
Temperatura igual em 
todo o gás. 
Equilíbrio Mecânico: 
Pressão não varia 
com o tempo. Sistema em Equilíbrio Termodinâmico 
Processos e Ciclos 
 Quando o valor de pelo menos uma propriedade do sistema se altera, 
dizemos que ocorreu uma mudança de estado. 
 O caminho definido pela sucessão de estados através dos quais o 
sistema passa é chamado de processo. 
Quando retiramos o peso do 
êmbolo, ocorre uma mudança de 
estado, pois a pressão decresce 
e o volume específico aumenta. 
Uma vez que as propriedades descrevem o estado de um sistema apenas 
quando ele está em equilíbrio, como podemos descrever os estados de um 
sistema durante um processo, se o processo real só ocorre quando não existe 
equilíbrio? 
Processos e Ciclos 
 Processo de quase equilíbrio: é aquele em que o desvio do equilíbrio 
termodinâmico é infinitesimal e todos os estados pelos quais o sistema passa 
durante o processo podem ser considerados como estados de equilíbrio 
Retirando pesos muito pequenos 
um a um. 
 Processo de não equilíbrio: é aquele em que o sistema não se 
encontra em equilíbrio em nenhum instante durante a mudança de estado. Assim, 
o sistema só pode ser descrito antes de ocorrer o processo e após, quando o 
equilíbrio é reestabelecido. 
Processos e Ciclos 
 Alguns processos ganham denominação própria pelo fato de 
uma propriedade permanecer constante. O prefixo iso é usado para tal. 
Temperatura constante 
Pressão constante 
Volume constante 
Isotérmico 
Isobárico 
Isovolumétrico 
(isocórico) 
Processos e Ciclos 
 O Ciclo Termodinâmico é definido então como sendo um 
sistema que, a partir de um estado inicial, passa por vários processos e 
retorna ao estado inicial. 
 Dessa forma, no final do ciclo, todas as propriedades apresentam 
os valores iniciais. 
Unidades de Massa, Comprimento, Tempo e Força 
 Força: O conceito de força resulta da segunda lei de Newton, 
que estabelece que a força que atua sobre um corpo é proporcional ao 
produto da massa do corpo pela aceleração na direção da força. 
F = m * a 
 A unidade de força é o newton (N), que, por definição, é a força 
necessária para acelerar uma massa de 1 quilograma à razão de 1 metro 
por segundo ao quadrado, ou seja, 1N = 1kg * m/s² 
Unidades de Massa, Comprimento, Tempo e Força 
 Tempo: A unidade básica do tempo é o segundo (s), definida em 
1967 pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) como sendo o 
tempo requerido para a ocorrência de 9.192.631.770 ciclos no 
ressonador de feixe de átomos de césio-133. 
 Comprimento: A unidade básica do comprimento é o metro (m), 
definida em 1983 pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) 
como sendo o comprimento da trajetória percorrida pela luz no vácuo 
durante o intervalo de tempo de 1/299.792.458 do segundo. 
 Massa: A unidade de massa segundo o SI é o quilograma (kg). 
Conforme adotado pela primeira CGPM em 1889, e ratificado em 1901, o 
quilograma corresponde a massa de um determinado cilindro de platina-
irídio, mantido sob condições preestabelecidas no Escritório Internacional 
de Pesos e Medidas. 
Unidades de Massa, Comprimento, Tempo e Força 
 Mol: Uma unidade correlata, frequentemente utilizada em 
termodinâmica é o mole (mol), definido como uma quantidade de 
substância que contém tantas partículas elementares quanto os átomos 
contidos em 0,012kg de carbono-12. 
 Essas partículas elementares devem ser especificadas, podendo 
ser: átomos, moléculas, elétrons, íons ou outras partículas ou grupos 
específicos. 
Energia 
 Capacidade de produzir um efeito. 
 Energia pode ser acumulada num sistema e pode, também, ser 
transferida (calor) de um sistema para outro. 
Volume Específico e Massa Específica 
 O volume específico de uma substância é definido como o 
volume ocupado pela unidade de massa e é designado pelo símbolo v e 
dado em m³/kg e m³/mol. 
 A massa específica de uma substância é definida como a massa 
por unidade de volume e é, portanto, igual ao inverso do volume 
específico. A massa específica é designada pelo símbolo p e é dada em 
kg/m³ e mol/m³ . 
Pressão 
 A unidade de pressão no SI é o Pascal (Pa) e corresponde a 
força de 1 N agindo sobre uma área de 1m². Isto é 1 Pa = 1N/m². 
 A atmosfera padrão é definida por 1 atm = 101300 Pa e é 
ligeiramente maior que o bar (1 bar – 100000 Pa = 0,1 Mpa). 
 Considerando o gás contido em um sistema, a pressão exercida 
pelo gás em todas as fronteiras do sistema é a mesma desde que o gás 
esteja em um dado equilíbrio. 
Pressão 
 A pressão absolutaé utilizada na maioria das análises 
termodinâmicas. Entretanto, a maioria dos manômetros de pressão e de 
vácuo indica a diferença entre pressão absoluta e a atmosférica, 
diferença essa chamada de pressão manométrica ou efetiva. 
Pressão 
 Considere a coluna de fluido de altura L acima do ponto B no 
manômetro mostrado abaixo. A pressão no reservatório é dada por: 
ΔP= P - P0 = pLg 
 Sendo: 
p: massa específica do fluido 
g: aceleração da gravidade = 9,80665 m/s² 
Patm = P0 
Igualdade de Temperatura 
 Consideremos dois blocos de cobre, um quente e outro frio, cada 
um em contato com um termômetro de mercúrio. Se esses dois blocos 
são colocados em contato térmico, observamos que a resistência elétrica 
do bloco quente decresce com o tempo e que a do bloco frio cresce com 
o tempo. Após certo período, nenhuma mudança na resistência é 
observada. A coluna no termômetro de mercúrio no corpo quente cai e no 
frio se eleva, mas após certo tempo nenhuma mudança é observada. 
 Fato semelhante acontece com seu comprimento. 
 Podemos dizer, então, que dois corpos possuem igualdade de 
temperatura se não apresentam alterações em qualquer propriedade 
mensurável quando colocados em contato térmico. 
Lei Zero da Termodinâmica 
 “Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um 
terceiro, então eles também estão em equilíbrio térmico entre si”. 
 Parece bastante óbvio, porém essa afirmação não é dedutível de 
outras leis e precede a formalização da primeira e segunda lei da 
termodinâmica. 
 Essa lei é a base para a medição de temperatura. Toda vez que 
um corpo tem igualdade de temperatura com um termômetro, podemos 
dizer que o corpo tem a temperatura lida no termômetro.