Aula 1_11_11_2020

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AULA 1 - Conceitos Básicos e 
Definições 
Retorno do calendário acadêmico – Semestre 2020/01 
Disciplina: ​Termodinâmica 
Professora: ​Bruna Vieira Cabral 
Curso: ​Engenharia Ambiental 
Email: ​bruna.cabral@uftm.edu.br 
UFTM - Engenharia Ambiental – Termodinâmica 
Conceitos Básicos e Definições – Capítulo 1 ​(Introdução a 
Termodinâmica da Engenharia Química - 7ª Edição - SMITH VAN 
NESS ABBOT e Princípios de Termodinâmica para Engenharia - 
MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
• ​A palavra “Termodinâmica” foi cunhada na década de 1840, 
pelo físico inglês Kelvin, formada por duas palavras de origem 
grega: ​therme ​= calor ​e ​dynamis ​= força​. 
• ​A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade de 
aperfeiçoar o funcionamento das primeiras máquinas a vapor, 
no princípio do século XVIII. 
• ​Seus primórdios são encontrados por volta de 1600 – Galileu 
deu bases operacionais ao conceito de “Temperatura”. 
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Conceitos Básicos e Definições 
• ​Os engenheiros utilizam os princípios extraídos da 
termodinâmica e de outras ciências da engenharia (mecânica 
dos fluidos, transferência de calor e massa, ...) para analisar e 
projetar sistemas com objetivo de atender as necessidades 
humanas. 
• ​A termodinâmica avança quanto ao bem estar humano 
abordando iminentes desafios sociais devido ao declínio das 
fontes de recursos energéticos: petróleo, gás natural, carvão,... 
• ​A termodinâmica contribui, significativamente, para o uso de 
combustíveis fósseis de forma mais eficaz, para o avanço 
frente as tecnologias envolvendo energia renovável e o 
desenvolvimento de sistemas de transporte e de práticas 
industriais mais eficientes em termos energéticos.​3 
Conceitos Básicos e Definições 
Algumas áreas de aplicação da termodinâmica na engenharia: 
• ​Sistemas de propulsão de aeronaves e turbinas; 
• ​Sistemas alternativos de energia; 
• ​Geração de potência, aquecimento e resfriamento ativados 
por energia solar; 
• ​Motores de combustão; 
• ​Compressores e bombas; 
• ​Sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado; 
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Conceitos Básicos e Definições 
Sistemas 
Um passo chave para qualquer análise em engenharia 
consiste descrever de forma precisa o que está sendo estudado. 
Na termodinâmica o termo ​sistema ​é usado para 
identificar o ​objeto de análise​. Uma vez que o sistema é definido 
e as interações relevantes com as ​vizinhanças ​ou com outros 
sistemas são identificadas, uma ou mais leis ou relações físicas 
são aplicadas. 
O SISTEMA é o que se deseja estudar. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Sistemas 
A composição da matéria dentro de um sistema pode ser 
fixa ​ou variar em função de ​reações químicas ​ou ​nucleares​. 
A forma ou volume do sistema que está sendo analisado 
não é necessariamente constante​. 
Exemplos: Gás no interior de um cilindro sendo comprimido por 
um pistão ou balão sendo inflado. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Vizinhanças 
Tudo que é externo ao sistema é considerado parte das 
vizinhanças do sistema​. 
O sistema é distinguido de suas vizinhanças por uma 
fronteira ​especificada, que pode estar ​em repouso ​ou em 
movimento​. 
As interações entre o sistema e suas vizinhanças, que 
ocorrem ao longo da fronteira, representam uma parte 
extremamente importante na termodinâmica aplicada à 
engenharia. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Sistema fechado e Volume de controle 
Sistema fechado (massa de controle): ​quantidade de 
matéria constante. Exemplo: Gás no interior de um conjunto 
cilindro-pistão com as válvulas fechadas. 
Volume de controle (sistema aberto): ​quantidade de 
matéria variável (região do espaço através do qual pode ocorrer 
fluxo de massa). Exemplos: Turbinas e bombas através das quais 
a massa flui; Os seres vivos e seus órgãos. 
8 
Conceitos Básicos e Definições 
Quando os 
termos ​massa de 
controle ​e ​volume de 
controle ​são 
empregados, a fronteira 
do sistema é chamada 
de ​superfície de 
controle​. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Selecionando a fronteira do sistema 
É essencial que a fronteira do sistema seja 
cuidadosamente delineada antes do procedimento da análise 
termodinâmica. 
A escolha de uma determinada fronteira que define certo 
sistema depende, profundamente, da conveniência que essa 
escolha proporciona na análise subsequente. 
Em geral, a escolha da fronteira de um sistema é 
determinada por duas considerações: 
(1) o que é conhecido sobre o possível sistema; 
(2) o objetivo da análise. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Sistemas Termodinâmicos 
As relações termodinâmicas que se aplicam aos sistemas 
abertos são diferentes das que se aplicam aos sistemas 
fechados. 
Por isso é muito importante reconhecer o tipo de sistema 
antes de começarmos a analisar o seu comportamento. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Sistemas Termodinâmicos 
W 
W 
Q 
Variação de 
energia 
Sistema isolado 
Variação de 
energia 
Sistema 
fechado 
m​entra 
m​sai 
Variação de 
energia 
Sistema 
adiabático 
Variação de 
energia e 
massa 
Q 
Sistema aberto 
W 
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Conceitos Básicos e Definições 
Descrevendo sistemas e seus comportamentos 
Os engenheiros interessam-se em estudar sistemas e 
como eles interagem com suas vizinhanças. 
Pontos de vista macroscópico e microscópico da 
termodinâmica 
Abordagem macroscópica (TERMODINÂMICA 
CLÁSSICA): ​comportamento geral ou global. 
Nenhum modelo da estrutura da matéria em níveis molecular e 
atômico é diretamente utilizado. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Pontos de vista macroscópico e microscópico da 
termodinâmica 
Abordagem microscópica (TERMODINÂMICA 
ESTATÍSTICA): preocupação direta com a estrutura da 
molécula​. Caracterizar por meio de ferramentas estatísticas o 
comportamento médio das partículas que compõem o sistema de 
interesse e relacionar essa informação com o comportamento 
macroscópico observado do sistema. 
Para uma gama de aplicações na engenharia, a 
termodinâmica clássica ​requer menor complexidade 
matemática sendo então amplamente adotada. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Descrevendo sistemas e seus 
comportamentos ​Propriedade, estado e 
processo 
Para descrever um sistema e prever seu comportamento é 
necessário o conhecimento de suas propriedades e de como as 
mesmas se relacionam. 
Propriedade: ​característica macroscópica de um sistema. Valor 
numérico que pode ser atribuído em um dado tempo sem o 
conhecimento prévio (história) do sistema. 
Exemplos: ​massa, volume, energia, pressão e temperatura. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Descrevendo sistemas e seus 
comportamentos ​Propriedade, estado e 
processo 
Estado: ​condição de um sistema como descrito por suas 
propriedades. O estado de um sistema pode ser especificado 
fornecendo-se valores de um subconjunto de propriedades. 
Processo: ​quando qualquer uma das propriedades de um 
sistema é alterada, ocorre uma mudança de estado e diz-se que 
o sistema percorreu um processo. 
Um processo é uma transformação de um estado a 
outro. ​Entretanto se um sistema exibe o mesmo valor de suas 
propriedades em dois tempos distintos ele está no mesmo estado 
nesses tempos. 16 
Conceitos Básicos e Definições 
Descrevendo sistemas e seus comportamentos 
Propriedades termodinâmicas intensivas e 
extensivas 
Propriedade extensiva: ​seu valor para o sistema como um todo 
é a soma de seus valores para as partes nas quais o sistema é 
dividido. ​Dependemdo tamanho ou extensão do sistema e 
podem variar com o tempo​. Exemplos: Massa, volume e 
energia. 
Propriedade intensiva: ​seu valor é ​independente ​do tamanho 
ou extensão do sistema e podem variar de local para local no 
interior de um sistema em qualquer momento. ​É função da 
posição e do tempo​. Exemplos: volume específico, pressão e a 
temperatura. 17 
Conceitos Básicos e Definições 
Descrevendo sistemas e seus comportamentos 
Propriedades termodinâmicas intensivas e extensivas 
Exemplo: 
Considere ​uma porção de matéria ​com temperatura 
uniforme e imagine que ela seja composta de várias partes. A 
massa do conjunto ​é a ​soma das massas das partes ​e o 
volume total ​é a ​soma dos volumes das partes​. ​No entanto a 
temperatura não é a soma das temperaturas das partes; é a 
mesma de cada parte. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Propriedades termodinâmicas intensivas e extensivas 
Pode se obter uma propriedade intensiva a partir de uma 
propriedade extensiva dividindo o seu valor pela ​massa ​ou pelo 
número de moles ​do sistema. 
Ao valor de uma propriedade por unidade de massa dá-se o 
nome de ​propriedade específica​, e por mole ​propriedade 
específica molar​. 
Geralmente utilizam-se letras maiúsculas para representar as 
propriedades extensivas (com exceção da massa m) e as letras 
minúsculas correspondentes para representar as propriedades 
específicas que delas derivam. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Propriedades específicas 
• ​Por exemplo, dividindo pela massa m o volume V, a energia 
total E e a energia interna U obtemos, respectivamente: 
Volume 
Específi
co 
v ​= 
V m  
Energia 
Específi
ca 
e ​= 
E m  
Energia 
Interna 
Específica 
u ​= 
U m  
20 
Conceitos Básicos e Definições 
Propriedades específicas molares 
Analogamente, se dividirmos o volume total V, a energia total E 
ou a energia interna U, pelo número de moles n do sistema 
obteremos outras propriedades intensivas, respectivamente : 
Volume 
Molar 
Específico 
− 
v ​= ​− 
V  
n  
E  
Energia 
Molar 
Específic
a 
e ​= n  
− 
U  
Energia 
Interna Molar 
Específica 
u ​= 
n   21 
Conceitos Básicos e Definições 
Processos 
Ao ​conjunto de estados ​pelo qual o sistema passa durante o 
processo dá-se o nome de caminho ou percurso do processo. 
Ao isolar o sistema de suas vizinhanças e não forem observadas 
mudanças em suas propriedades conclui se que o ​sistema está 
em equilíbrio​. 
Quando o sistema permanece em qualquer momento em estado 
de equilíbrio, ou infinitamente próximo deste, a transformação 
chama-se ​quase-estática​. 
22 
Conceitos Básicos e Definições 
Processos 
Uma transformação ​quase-estática ​terá que ocorrer tão ​devagar 
que permita ao sistema ir ajustando-se internamente de modo a 
conseguir que as propriedades em uma dada região no interior do 
sistema não se alterem mais rapidamente do que em outras 
regiões. 
Exemplo: 
Gás no interior de um dispositivo cilindro-êmbolo ao ser 
comprimido rapidamente as moléculas perto da face do êmbolo 
não têm tempo suficiente para se afastarem deste, aglomerando 
se em frente ao êmbolo, criando aí uma região de alta pressão. 
23 
Conceitos Básicos e Definições 
Processos 
Contudo, se o êmbolo se mover lentamente as moléculas terão 
tempo suficiente para se redistribuírem e já não haverá um 
acúmulo de moléculas à frente do êmbolo. 
Assim a pressão no interior do cilindro será sempre uniforme e 
aumentará com a mesma velocidade em todos os locais fazendo 
com que o processo seja quase-estático. 
Um processo ​quase-estático ​é um processo ​idealizado​, não 
sendo uma representação verdadeira de um processo real. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Processos 
Os engenheiros interessam-se pelos processos ​quase-estáticos 
por dois motivos: 
- são fáceis de serem analisados; 
- o trabalho fornecido nestes processos é máximo nos 
dispositivos que produzem trabalho é mínimo nos dispositivos 
que recebem trabalho (compressores e bombas). 
Os processos quase-estáticos servem de modelos com os 
quais se comparam os processos reais. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Processos 
O prefixo ​iso ​é usado para designar uma transformação em que 
uma dada ​propriedade ​apresenta se ​constante​. 
• ​Transformação isotérmica: ​é aquela em que a temperatura 
permanece constante; 
• ​Transformação isobárica: ​é uma transformação em que a 
pressão não varia; 
• ​Transformação isocórica ​ou ​isométrica​, o volume permanece 
constante. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Ciclos 
O sistema realizou um ​ciclo ​quando regressa ao estado inicial no 
fim do processo. Isto é, para um ciclo os estados inicial e final do 
sistema são o mesmo. 
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Conceitos Básicos e Definições 
Unidades de medida 
Quando os cálculos em engenharia são efetuados é 
necessário preocupar-se com as ​unidades das grandezas 
físicas ​envolvidas. 
Unidade: ​certa quantidade de uma grandeza através da 
qual, por comparação, qualquer outra grandeza do mesmo tipo é 
medida. 
As grandezas físicas estão relacionadas por meio de 
definições e leis. As dimensões primárias são suficientes para 
conhecer e mensurar todas as outras. Adota-se um conjunto de 
dimensões primárias ​(massa, comprimento, tempo e 
temperatura) e especifica-se uma unidade básica para cada 
dimensão. 28 
Conceitos Básicos e Definições 
Sistema internacional de Unidades 
Dimensões primárias: massa, tempo, comprimento e temperatura 
Grandeza Unidade 
Massa ​Kg 
Comprimento ​m 
Tempo ​s 
Temperatura ​K 
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Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades – Grandeza: 
Comprimento​Unidade Símbolo Equivalência 
metro ​m = 1 m 
Ångström ​Å = 10​-10 ​m 
Mícron ​µm = µ m = 10​-6 ​m 
polegada ​pol(") = 2,54 x 10​-2 ​m ​pé ​pé(') = 12 pol = 
0,3048 m 
jarda ​jd = 3 pés = 0,9144 m ​milha ​mi = 1760 jd = 1609,344 m ​milha 
náutica ​m.n. = 1852 m = 6076,1 pés ​milha geográfica ​m.g. = 1855 
m = 6087,15 pés ​unidade astronómica ​UA = 1,49600 x 10​11 ​m 
ano-luz ​a.l. ~ 9,460 730 472 580 8 x 10​15 ​m ​segundo-luz ​s.l. = 
2,997 924 58 x 10​8 ​m 
30 
Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades – Grandeza: Massa 
Unidade Símbolo Equivalência ​quilograma ​kg = 1 
kg 
massa do elétron ​m​e​~ 9,109 39 x 10​-31 ​kg ​tonelada ​t = 10​3 ​kg 
libra ​lbm = 0,453 592 37 kg ​grão ​gr = 64,798 91 mg 
31 
Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades – Grandeza: Tempo 
Unidade Símbolo Equivalência 
segundo ​s 1 s 
minuto ​min = 60 s 
hora ​h = 3600 s 
dia ​d = 86400 s (convencionado) ​semana ​h = 7 dias 
mês ​h = 30 dias (convencionado) ​ano ​a ~ 31 556 
952 s 
32 
Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades – Grandeza: Temperatura 
Termodinâmica 
Unidade Símbolo Equivalência 
Kelvin ​K = 1 K 
Grau Celsius ​o​C = T (K) - 273,15 
Grau Fahrenheit ​o​F = 1,8 T (​o​C) + 32 ​Grau Rankine 
o​R = (5/9) K 
33 
Conceitos Básicos e Definições 
Temperatura 
O conceito de temperatura, assim como o de força, se 
origina de nossas percepções sensoriais. 
É difícil estabelecer a definição de temperatura em termos 
básicos. É possível chegar a um objetivo entendo a igualdade de 
temperatura considerando que quando a temperatura de um 
corpo muda outras propriedades também mudam. 
34 
Conceitos Básicos e Definições 
Temperatura 
Considere dois blocos de cobre e suponha que nosso 
sentido nos diga que um é mais quente do que o outro. 
Se os blocos fossem colocados em contato e isolados de 
suas vizinhanças, eles iriam interagirde uma maneira que pode 
ser descrita como sendo uma ​interação térmica​. 
Durante essa interação seria observado que o volume do 
bloco mais aquecido decresceria um pouco, enquanto o volume 
do bloco mais frio aumentaria com o tempo. 
35 
Conceitos Básicos e Definições 
Temperatura 
Quando todas as mudanças em tais propriedades 
observáveis cessarem a interação terminará. Os dois blocos 
estão em ​equilíbrio térmico​. 
Considerações desse tipo levam a conclusão que os 
blocos possuem uma propriedade física que determina se eles 
estão em equilíbrio térmico. 
Pode-se então postular que quando dois blocos estão 
em equilíbrio térmico suas temperaturas são iguais. 
36 
Conceitos Básicos e Definições 
Temperatura 
Enunciado da lei zero da termodinâmica 
Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico com um 
terceiro eles estão em equilíbrio entre si. Caso deseja-se saber se 
dois corpos apresentam a mesma temperatura não é necessário 
coloca-los em contanto e observar se suas propriedades mudam 
com o tempo. 
É necessário apenas verificar se eles estão 
individualmente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo. O 
terceiro corpo usualmente é um ​termômetro​. 
37 
Conceitos Básicos e Definições 
Termômetros 
Propriedade termométrica: ​Propriedade mensurável que 
varia conforme sua temperatura sofre alterações. 
Termômetro de bulbo 
Tubo de vidro capilar conectado a um bulbo cheio de um 
líquido, como mercúrio ou álcool, e selado na outra extremidade. 
O espaço acima do líquido é ocupado por vapor do líquido ou por 
gás inerte. Conforme a temperatura aumenta, o líquido se 
expande em volume e se eleva no capilar. O comprimento L do 
líquido no capilar depende da temperatura. 
O líquido é a substância termométrica e o comprimento L é a 
propriedade termométrica. 38 
Conceitos Básicos e Definições 
Termopares 
Sensores mais precisos que se baseiam na existência de 
uma diferença de temperatura entre a extremidade unida e as 
extremidades livres. Verifica-se o surgimento de uma diferença 
de potencial que pode ser medida por um voltímetro. Diferentes 
tipos ​de termopares possuem diferentes tipos de curva diferença 
de ​potencial versus temperatura. 
39 
Conceitos Básicos e Definições 
Termômetros 
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Conceitos Básicos e Definições 
Escalas de temperatura 
Tendo em vista as limitações dos meios empíricos para a 
medição da temperatura é desejável ter-se um procedimento de 
atribuição de valores para a temperatura, independente de 
qualquer substância. 
Surge a ​escala termodinâmica de temperatura. 
41 
Conceitos Básicos e Definições 
Comparação entre as escalas de temperatura 
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Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades 
Atenção: ​Como força e massa são conceitos diferentes, uma 
libra-força ​e uma ​libra-massa ​são grandezas diferentes e suas 
unidades não se cancelam mutuamente. Quando uma equação 
possui as duas unidades, lbm e lbf, a constante g​c ​deve também 
aparecer na equação para torná-la dimensionalmente correta. 
g​c ​= 32,1740 lbm.ft.lbf​-1​.s​-2  
g​c ​= 9,80665 kg m.kgf​-1​.s​-2 
43 
Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões ​e Unidades 
Pressão (P= F/A) 
1 Pa = 1 N/m​2 
1 kgf/cm​2 ​= 9,806 N *10​4 ​cm​2​/m​2 ​= 98,06 kPa= 0,09806 Mpa 
1 lbf/ft​2 ​= 4,448215 N* 1 ft​2​/ (0,3048)​2​m​2 ​= 47,88 Pa ​1bar = 
10​5 ​N/m​2 ​= Pa 
1 atm = 101,32 kPa 
1 atm = 760 mmHg 
44 
Conceitos Básicos e Definições 
Dimensões e Unidades 
Atenção​: 
• ​Pressão manométrica: ​diferença entre a pressão de interesse 
e a pressão do ambiente (psi ou psig) 
• ​Pressão barométrica: ​pressão do ambiente 
• ​Pressão absoluta: ​pressão manométrica + pressão 
barométrica (psia) 
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Conceitos Básicos e Definições 
Exercícios AULA 1 - Conceitos Básicos e 
Definições 
46 
Conceitos Básicos e Definições 
1) Exercício 1.21 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Um balão esférico de 10 ft de diâmetro contém 35 lbm de ar. 
Determine para o ar: 
a) Volume específico e volume específico molar, 
respectivamente, em ft³/lbm e ft³/lbmol (Massa molar: 28,97 
lbm/lbmol) 
b) Peso em lbf. 
Considere g= 31 ft/s² (9,4 m/s²); g​c​= 32,1740 lbm.ft.lbf​-1​.s​-2 
47 
Conceitos Básicos e Definições 
2) Exercício 1.26 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Um conjunto cilindro-pistão vertical, como ilustrado na figura a 
seguir, contendo um gás é colocado sobre uma placa quente. 
O pistão, inicialmente, repousa sobre os batentes. Com o 
início do aquecimento, a pressão do gás aumenta. Em que 
pressão, em bar, o pistão começa a subir? 
Considere que o pistão se move suavemente no cilindro e que g 
= 9,8m/s² . 
1bar = 10​5 ​N/m​2 ​= Pa 
48 
Conceitos Básicos e Definições 
2) Exercício 1.26 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
49 
 
Conceitos Básicos e Definições 
3) Exercício 1.7 (Introdução a Termodinâmica da 
Engenharia Química - 7ª Edição - Smith Van Ness Abbot) 
A leitura em um manômetro (tubo em u) de mercúrio a 25°C 
(aberto para a atmosfera em uma extremidade) é de 56,38 cm. A 
aceleração da gravidade local é de 9,832 m/s². A pressão 
atmosférica é de 101,78 KPa. 
Qual é a pressão absoluta, em KPa, sendo medida? ​A 
densidade do mercúrio a 25°C e 101,78 KPa: 13,534 g/cm³. 
50 
Conceitos Básicos e Definições 
4) Exercício 1.23 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
O volume específico do vapor d’água a 0,3MPa e 160°C é 
dado por 0,651 m³/Kg. Se o vapor d’água ocupa um volume de 
2m³, determine: 
a) A quantidade presente em kg e kmol 
b) O número de moléculas 
A massa molar da água: 18,02 Kg/Kmol 
51 
Conceitos Básicos e Definições 
5) Exercício 1.24 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A pressão de um gás contido em um conjunto cilindro-pistão 
varia com seu volume de acordo com ​P= A + (B/V)​, em que A e B 
são constantes. Se a pressão está em lbf/ft² o e volume está em 
ft³, quais são as unidades de A e B? 
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Conceitos Básicos e Definições 
6) Exercício 1.12 (Introdução a Termodinâmica da 
Engenharia Química - 7ª Edição - Smith Van Ness Abbot) 
A variação da pressão de um fluido com a altura descrita é 
descrita pela 
equação diferencial: 
dP​= −​ρ 
dz   g  
Aqui, ρ é a densidade específica e g é a aceleração de gravidade 
local. 
Para um gás 
ideal tem-se: 
ρ = 
M P  
.  
RT ​.  
Em que, M é a massa molar e R é a constante universal dos 
gases. Modelando a atmosfera como uma coluna ​isotérmica ​de 
gás ideal ​na temperatura de 10°C, estime a pressão ambiente 
em Denver, em que z=1 milha em relação ao nível do mar. Para o 
ar, considere M=29 g/gmol. R=8,314 m³.Pa/mol.K; 1 milha = 
1609,34 m; P​atm​=1 atm=101317,12 Pa; g= 9,8 m/s² ​53 
Conceitos Básicos e Definições 
7) Exercício 1.10 (Introdução a Termodinâmica da 
Engenharia Química - 7ª Edição - Smith Van Ness Abbot) 
As primeiras medidas precisas das propriedades de gases a 
altas pressões foram efetuadas por E. H. Amagat, na França, 
entre 1969 e 1893. Antes de desenvolver o manômetro a 
contrapeso, ele trabalhou em um poço de acesso a uma mina e 
utilizou um mercúrio para medir pressões acima de 400 bar. 
Estime a altura requerida para o manômetro. 1 bar= 10​5 ​Pa; g=9,8 
m/s² 
ρ​Hg​=13,5 g/cm³ 
54 
Conceitos Básicos e Definições 
8) Exercício 1.17 (Introduçãoa Termodinâmica da 
Engenharia Química - 7ª Edição - Smith Van Ness Abbot) 
Mostre que a unidade SI para a energia cinética e energia 
potencial é o joule. 
55 
Conceitos Básicos e Definições 
56 
Conceitos Básicos e Definições 
10) Exercício 1.36 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Água escoa através de um medidor Venturi, conforme 
ilustrado na Figura a seguir. 
A pressão da água no tubo suporta colunas de água que 
diferem de 10 in (0,25m) de altura. Determine a diferença de 
pressão entre os pontos a e b em lbf/in². A pressão aumenta ou 
diminui na direção do escoamento? A pressão atmosférica é igual 
a 14,7 lbf/in² ​(101,354 Pa), ​o volume específico da água é de 
0,01604 ft³/lb ​(0,001 m³/kg) ​e a aceleração da gravidade é g=32 
ft/s² ​(9,7 m/s²). 
57 
Conceitos Básicos e Definições 
10) Exercício 1.36 (Princípios de Termodinâmica 
para Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 
7ª Edição) 
 
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11) Exercício 1.37 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A figura a seguir mostra um tanque no interior de um outro, 
cada um contendo ar. A pressão absoluta no tanque A é de 267,7 
KPa. 
O manômetro A está instalado no interior do tanque B e 
registra 140 KPa. O manômetro de tubo em U conectado ao 
tanque B contém mercúrio. Usando os dados apresentados, 
determine a pressão absoluta no interior do tanque B em KPa. A 
pressão atmosférica nas vizinhanças do tanque B é de 101 KPa. 
A aceleração da gravidade é g=9,81 m/s². 
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11) Exercício 1.37 (Princípios de Termodinâmica 
para Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 
7ª Edição) 
 
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12) Exercício 1.46 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A figura a seguir ilustra um manômetro inclinado usado para 
medir a pressão de um gás em um reservatório. 
(a) Usando os dados da figura, determine a pressão do gás 
em lbf/in². 
(b) Expresse a pressão manométrica ou a pressão de vácuo, 
conforme apropriado, em lbf/in². 
(c) Qual a vantagem que o manômetro inclinado apresenta 
sobre o manômetro do tipo tubo em U? 
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12) Exercício 1.46 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
g ​c ​= 32,1740 lbm.ft.lbf​-1​.s ​-2​, 1ft = 12in 
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13) Exercício 1.45 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Considerando que a pressão da água na base da torre de água 
ilustrada na figura a seguir é de 4,15 bar, determine a pressão do 
ar aprisionado acima do nível da água, em bar. Considere a 
massa específica da água coo 10³ kg/m³ e g= 9,81 m/s². 
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14) Exercício 1.40 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Um gás entra em um compressor que proporciona uma razão de 
pressão (em psia) entre a pressão de saída e a de entrada igual a 
8. Considerando que um manômetro indica que a pressão do gás 
na entrada é de 5,5 psig (37,921 Pa), qual a pressão absoluta, 
em psia, do gás na saída? Considere a pressão atmosférica igual 
a 14,5 lbf/in² (99,975 Pa). 
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15) Exercício 1.48 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Em virtude de uma ruptura em um tanque de armazenamento de 
óleo enterrado, águas subterrâneas entraram no tanque até a 
profundidade ilustrada na figura a seguir. Determine a pressão na 
interface óleo-água e no fundo do tanque, ambas em lbf/in² 
(pressão manométrica). As massas específicas da água e do óleo 
são, respectivamente, 62 (993,1) e 55 (881,0), ambas em lbm/ft³ 
(kg/m³). Adote g=9,8 m/s²). 
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16) Exercício 1.49 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A figura a seguir mostra um tanque fechado contendo ar e óleo, 
ao qual está conectado um manômetro de tudo em U de mercúrio 
e um manômetro de pressão. Determine a leitura indicada no 
monômetro de pressão em lbf/in² (pressão manométrica). 
As massas específicas do óleo e do mercúrio são, 
respectivamente, 55 lbm/ft³ (881 kg/m³) e 845 lbm/ft³ (135,4.10² 
kg/m³). Faça g=32,2 ft/s² (9,8 m/s²). 
Desconsidere a variação da pressão vertical do ar acima do óleo. 
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16) Exercício 1.49 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
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17) Exercício 1.44 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A figura a seguir mostra um tanque de 4 m de diâmetro usado 
para coletar água de chuva. Como ilustrado, a profundidade do 
tanque varia linearmente de 3,5m em seu centro a 3m ao longo 
do perímetro. A pressão atmosférica local é de 1bar e a 
aceleração da gravidade é de 9,8 m/s² e a massa específica da 
água é 987,1 kg/m³. Considerando que o tanque está cheio de 
água, determine: 
a) A pressão, em KPa, na parte inferior central do tanque; 
b) A força total, em KN, que age sobre o fundo do tanque. 
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17) Exercício 1.44 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
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18) Exercício 1.43 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A pressão de água em um encanamento geral de água localizado 
no nível da rua pode ser insuficiente para que a água alcance os 
andares superiores de edifícios altos. Nesse caso, a água pode 
ser bombeada para cima, em direção a um tanque que abastece 
o edifício de água por gravidade. Para um tanque de 
armazenamento aberto, no topo de um edifício de 300ft (91,4m) 
de altura, determine a pressão em lbf/in², no fundo do tanque 
quando contém água até uma profundidade de 20ft (6,1m). A 
massa específica da água é de 62,2 lbm/ft³ (996,3 kg/m³), g = 32 
ft/s² (9,7 m/s²), e a pressão atmosférica local é de 14,7 lbf/in² 
(101,354 Pa). 
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19) Exercício 1.35 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
O barômetro apresentado na figura a seguir contém mercúrio 
(densidade igual a 13,59 g/cm³). Se a pressão atmosférica local é 
de 100 KPa e g = 9,81 m/s², determine a altura da coluna de 
mercúrio, L, em mmHg e inHg. 
 
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20) Exercício 1.33 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
A figura a seguir mostra um tanque de armazenamento de gás 
natural. Em uma sala de instrumentação ao lado, um manômetro 
de tubo em U de mercúrio em comunicação com o tanque de 
armazenamento indica uma leitura L=1,0m. Considerando que a 
pressão atmosférica é 101 KPa, a massa específica do mercúrio 
é 13,59 g/cm³ e g=9,81m/s², determine a pressão do gás natural, 
em KPa. 
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21) Exercício 1.41 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
Conforme ilustrado na figura a seguir, um conjunto cilindro-pistão, 
verticalcom um resistor elétrico instalado contém ar. A atmosfera 
exerce uma pressão de 1,47 lbf/in² (101,354 Pa) no topo do 
pistão, o qual tem uma massa de 100 lbm (45,4 Kg) e uma área 
frontal correspondente a 1 ft² (0,09 m²). Conforme a corrente 
elétrica passa através do resistor o volume aumenta, enquanto o 
pistão se move lentamente no cilindro. 
A aceleração local da gravidade é g=9,7 m/s² (32 ft/s²). ​Determine 
a pressão do ar no conjunto cilindro-pistão, em lbf/in² e ​psig. 
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Conceitos Básicos e Definições 
21) Exercício 1.41 (Princípios de Termodinâmica para 
Engenharia - MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N., 7ª Edição) 
 
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