Introdução à Termodinâmica

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Universidade Paulista
Termodinâmica Básica
Aula 1 
Curso Engenharia Mecânica
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Conceitos Fundamentais
Um sistema termodinâmico é uma região do espaço ou uma porção de
fluido limitada por fronteiras reais ou imaginárias que o separam da
vizinhança. Um exemplo de sistema é o Cilindro-embolo (Figura)
Sistema fechado com fronteira móvel.
Fonte: Çengel, 5 ed.
Sistema Fechado
É aquele em que o fluxo de massa através das
fronteiras do sistema é nulo. Tem massa e
identidade fixas. O fluxo de energia em forma
de calor ou trabalho pode ou não ser nulo.
Sistema isolado termicamente ocorre nos
modelos que o fluxo de calor for nulo nas
fronteiras do sistema fechado
Sistema isolado ocorre nos modelos que o fluxo
de calor e o trabalho são nulos
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Conceitos Fundamentais
Sistema Aberto – é aquele em que existe fluxo atravessando a fronteira
do sistema. É também conhecido como volume de controle (V.C.) e será
objeto de estudo em aulas futuras.
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Conceitos Fundamentais
Fronteira
Fixa
Móvel
Vizinhança – tudo que é externo ao volume de controle.
Fronteira – superfície real ou imaginária que separa o sistema da
vizinhança. A fronteira não tem espessura, volume ou massa.
Sistema – tudo aquilo contido no volume de controle.
Sistema
Aberto
Isolado
Fechado
Sistema fechado com 
fronteira móvel.
Fonte: Çengel, 5 ed.
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Conceitos Fundamentais
O estado termodinâmico representa a sua condição física determinada
pelas moléculas que o compõe. Ele pode ser identificado ou observado
em função das suas propriedades macroscópicas como por exemplo:
pressão, temperatura, volume especifico.
O estado de um sistema compressível simples é completamente definido
por duas propriedades intensivas independentes.
As propriedades extensivas são aquelas na qual o seu valor para o
sistema é dado pela soma de seus valores nas quais o sistema é dividido.
Um exemplo disso é a massa, volume, energia, ...
As propriedades intensivas são aquelas na qual seus valores são
independentes da dimensão ou extensão de um sistema, ou seja, não
são aditivas. Um exemplo disso é temperatura, pressão, massa
específica,...
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Processos
Existem 4 processos elementares em que se mantém constante um parâmetro
termodinâmico e que são de suma importância no estudo das máquinas
térmicas:
✓ processo isobárico (p = cte)
✓ processo isocórico (V = cte)
✓ processo isotérmico (T = cte)
✓ processo adiabático - isoentrópico (dQ = 0)
Os processos fechados ocorrem em ciclos. Um ciclo é uma sucessão de
processos onde o estado final se confunde com o estado inicial.
Em um processo em regime permanente (estacionário) os dispositivos que
operam em regime permanente são aqueles nos quais trabalham longos
períodos sob as mesmas condições. O termo permanente implica nenhuma
modificação com o tempo. Em contraposição, o regime transiente é
temporário.
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Pressão
A pressão é definida como uma força normal exercida por um fluido por
unidade de área. Só falamos de pressão quando lidamos com um gás ou um
líquido. O equivalente à pressão nos sólidos é a tensão normal. Como a
pressão é definida como a força por unidade de área, ela tem unidades de N/m2
(denominada Pa).
A Pressão num ponto de um fluido em repouso é igual em todas as direções. É
definida como a componente normal da força por unidade de área.
A unidade de Pascal é muito pequena para quantificar pressões, na prática,
então, é usual usarmos os múltiplos quilopascal (1kPa= 103Pa) e megapascal
(1MPa= 106Pa). Outras unidades de pressão muito usadas na prática,
principalmente na Europa são: bar, atmosfera padrão e quilograma-força por
metro quadrado (Kgf/m2).
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Pressão
Algumas conversões
No sistema inglês usa-se libras-força por polegada quadrada (lbf/pol2=psi).
Ainda, 1 atmosfera=14,696 psi
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Exemplo 1
Uma massa de 0,35 𝑘𝑔 de uma substância ocupa um volume de
70 𝑐𝑚3. Determine o volume.
Solução: Observe que será necessário realizar uma conversão de 
unidade, pois a resposta deve estar no sistema internacional de 
unidade. Dessa forma, considere para o volume,
∀ = 70 𝑐𝑚3 ×
10−6𝑚3
1 𝑐𝑚3
= 70 × 10−6𝑚3 .
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Exemplo 2
Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando mantém:
(a) Equilíbrio térmico, mecânico, de fase e químico
(b) Equilíbrio cinético e potencial
(c) Equilíbrio mecânico
(d) Equilíbrio de pressão e temperatura
(e) Equilíbrio de fase e químico
Resposta: (a)
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Exercício 1
Um homem pesa 210lbf em um local onde a aceleração da gravidade é
g=32,1 ft/s2. Determine seu peso na lua onde a aceleração da
gravidade é g=5,47 ft/s2.
(a) 15,7 lbf
(b) 24,9 lbf
(c) 27,2 lbf
(d) 35,8 lbf
(e) 42,1 lbf
Resposta: alternativa (d)
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Exercício 2
Determine a massa de ar contido em uma sala de aula cujas
dimensões são 6mx6mx8m. Suponha a densidade do ar como sendo
1,16kg/m2.
(a) 5,7 kg
(b) 28,7 kg
(c) 97,2 kg
(d) 187,2 kg
(e) 334,1 kg
Resposta: alternativa (e)
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Exercício 2
Considerando a pressão dentro de um balão de borracha como sendo
1500mmHg, qual será a pressão em lbf/pol2 (psi).
(a) 17 psi
(b) 29 psi
(c) 34 psi
(d) 41 psi
(e) 49 psi
Resposta: alternativa (b)
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FIM !