Aula 1 - Termodinâmica I (Revisão)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
TERMODINÂMICA DA 
ENGENHARIA QUÍMICA I
INTRODUÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
Professor: Josiel Lobato Ferreira 
Introdução
Introdução
Introdução
Definindo Sistema
► Sistema: Tudo que desejamos estudar.
► Vizinhanças: Tudo que é externo ao sistema.
► Fronteira: Separa ou distingue o sistema da
sua vizinhaça.
Sistema Vizinhanças
Fronteira
Sistema Fechado
► Um sistema que contém
sempre a mesma quantidade
de matéria.
► Não há transferência de
massa pelas fronteiras.
► Sistema isolado: tipo
especial de sistema fechado
que não interage de modo
algum com as vizinhanças.
Volume de controle
►Uma dada região do espaço através da qual há
fluxo de massa.
►Massa pode atravessar a fronteira de um volume
de controle.
Volume de controle
Volume de controle
Volume de controle
Volume de controle
Ponto de vista Macroscópico e Microscópico
► Os sistemas podem ser descritos do ponto de vista macroscópico
e microscópico.
► A abordagem microscópica visa caracterizar por meios
estatísticos o comportamento médio das partículas que compõem
um sistema e usar essas informações para descrever o
comportamento geral do sistema.
► A abordagem macroscópica descreve o comportamento do
sistema em termos dos efeitos globais das partículas que compõem
o sistema - especificamente, efeitos que podem ser medidos por
instrumentos como medidores de pressão e termômetros.
► A engenharia termodinâmica usa predominantemente a
abordagem macroscópica.
Propriedade
►Massa
►Volume
►Energia
►Pressão
►Temperatura
►Uma característica macroscópica de um
sistema é um valor numérico que pode ser
atribuído em um dado momento sem um
conhecimento prévio do comportamento do
sistema.
►Para o sistema a seguir, são exemplos:
Gás
Estado
►A condição de um sistema é descrito pelas suas
propriedades.
►Exemplo: O Estado do sistema mostrado é descrito
por p, V, T,….
►O estado frequentemente pode ser especificado
fornecendo-se valores de um subconjunto de
propriedades. Todas as outras propriedades podem
ser determinadas a partir desse subconjunto.
Gás
Estado: p, V, T, …
Processo
►Uma transformação de um estado em outro.
►Quando qualquer uma das propriedades de um
sistema é alterada, o estado é alterado e, segundo
se diz, o sistema passou por um processo.
►Exemplo: Se V2 > V1, pelo menos um valor da
propriedade foi alterado e o gás passou por um
processo do Estado 1 para o Estado 2.
Estado 1: p1, V1, T1, … Estado 2: p2, V2, T2, …
Gas Gas
►Depende do tamanho ou extenção de um sistema.
►Exemplos: massa, volume, energia.
►Seu valor para um sistema geral é a soma de seus
valores para as partes nas quais o sistema é dividido.
►Seu valor pode variar com o tempo mas não com a
posição.
Propriedade Extensiva
Propriedade Intensiva
►Independe do tamanho ou extenção de um sistema.
►Exemplos: pressão, temperatura.
►Seu valor não é aditivo como para as propriedades
extensivas.
►Pode variar de um lugar para outro no sistema a
qualquer momento – função da posição e do tempo.
Equilíbrio
►Quando um sistema é isolado, ele não interage
com seus arredores; no entanto, seu estado pode
mudar como consequência de eventos espontâneos
que ocorrem internamente pois suas propriedades
intensivas, como temperatura e pressão, tendem a
valores uniformes. Quando todas essas mudanças
cessam, o sistema está em estado de equilíbrio.
►Os estados de equilíbrio e processos de um
estado de equilíbrio para outro estado de equilíbrio
desempenham papéis importantes na análise
termodinâmica.
Unidades
Nesses sistemas de unidades, massa, comprimento, e
tempo são unidades básicas e força é uma unidade derivada
delas:
F = ma
SI: 1 N = (1 kg)(1 m/s2) = 1 kg∙m/s2
Inglês: 1 lbf = (1 lb)(32.1740 ft/s2) = 32.1740 lb∙ft/s2
Unidades
Massa específica () e Volume específico (v)
►De uma perspectiva macroscópica, a descrição
da matéria é simplificada, considerando que ela é
distribuída continuamente por uma região.
►Quando as substâncias são tratadas como
contínuas, é possível falar de sua propriedades
termodinâmicas intensivas “em um ponto”
►Em qualquer instante a massa específica ( )
em um ponto é definida:







 V
m
VV
lim
'

Em que V ‘ é o menor volume no qual existe um valor
definido para esta razão.
Massa específica () e Volume específico (v)
►Massa específica é massa por unidade
de volume.
►Massa específica é uma propriedade
intensiva que pode variar de ponto a ponto.
►No SI a unidade é (kg/m3).
►No sistema inglês a unidade é (lb/ft3).
Massa específica () e Volume específico (v)
►O volume específico é o inverso da
massa específica : v = 1/ .
►Ele é o volume por unidade de massa.
►É uma propriedade intensiva que pode
variar de ponto a ponto.
►No SI a unidade é (m3/kg).
►No sistema inglês a unidade é (ft3/lb).
O volume específico é geralmente preferido para
análises termodinâmicas ao trabalhar com gases que
normalmente possuem pequenos valores de densidade.
Massa específica () e Volume específico (v)
Massa específica () e Volume específico (v)
Pressão (p)
►Considere uma pequena área A associada a um
ponto em um fluido em repouso.
►O fluido em um lado dessa área exerce uma força
compressível que é normal à área, Fnormal. Uma
força igual, mas em sentido contrário, é exercida
sobre a área pelo fluido situado no outro lado.
►A pressão (p) no ponto específico é definida como
o limite







 A
normal
'AA
lim
F
p
Em que A’ é a área no “ponto” com a mesma percepção de
limite usada na definição de massa específica.
Unidades de Pressão
►No SI a unidade de pressão é pascal:
1 pascal = 1 N/m2
►Unidades múltiplas do pascal são
frequentemente usadas :
►1 kPa = 103 N/m2
►1 bar = 105 N/m2
►1 MPa = 106 N/m2
►No Sistema inglês a unidade é:
►libras força por pé quadrado, lbf/ft2
►libras força por polegada quadrada, lbf/in.2
►Pressão absoluta: Pressão que adota como
zero o vácuo absoluto.
►A pressão absoluta deve ser usada nas
relações termodinâmicas.
►Os dispositivos de medida de pressão
geralmente indicam a diferença entre a pressão
absoluta de um sistema e a pressão absoluta da
atmosfera fora do dispositivo de medição.
Pressão Absoluta
►Quando a pressão do sistema é maior que a pressão 
atmosférica, o termo pressão manométrica é usado. 
p(manométrica) = p(absoluta) – patm(absoluta)
►Quando a pressão atmosférica é 
maior que a pressão do sistema, o 
termo pressão de vácuo é usado.
p(vácuo) = patm(absoluta) – p(absoluta) 
Medidor de Pressão de Vácuo
Medidor de Pressão de Vácuo
Medidor de Pressão de Vácuo
Temperatura (T)
►Se dois blocos (um mais quente que o outro) são
colocados em contato e isolados das vizinhanças,
eles interagem termicamente com alterações
observáveis nas propriedades.
►Quando todas as alterações nas propriedades
observáveis cessam, os dois blocos estão em
equilíbrio térmico.
►Temperatura é uma propriedade física que
determina se os dois objetos estão em equilíbrio
térmico.
►Qualquer objeto com pelo menos uma
propriedade mensurável que muda conforme a
temperatura muda pode ser usado como um
termômetro.
►Essa propriedade é chamada de propriedade
termométrica.
►A substância que exibe alterações na
propriedade termométrica é conhecida como
substância termométrica.
Termômetros
►Exemplo: Termômetro de bulbo
►Consiste em tubo de vidro capilar conectado a um bulbo cheio
de líquido e selada na outra extremidade. O espaço acima do
líquido é ocupado por vapor do líquido ou gás inerte.
►À medida que 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.
►L é a propriedade termométrica.
►Outros tipos de termômetros:
►Termopares
►Termistores
►Termômetros de radiação e pirômetros ópticos
Termômetros
►Escala Kelvin: Uma escalatermodinâmica absoluta de
temperatura cuja unidade de temperatura é o Kelvin (K); uma
unidade básica no SI para temperatura..
►Escala Rankine: Uma escala termodinâmica absoluta de
temperatura com zero absoluto que coincide com o zero absoluto
da escala Kelvin; uma unidade básica inglesa para temperatura.
Escalas de Temperatura
T(oR) = 1,8T(K) 
►Escala Celsius (oC):
T(oC) = T(K) – 273,15
►Escala Fahrenheit (oF):
T(oF) = T(oR) – 459,67
Aplicações na Engenharia
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