Encontro 02 - Conceitos Introdutórios

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Conceitos Introdutórios
Prof. Kamila Colombo
Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Encontro 02
Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR)
Campus Sede – Curitiba/PR
Núcleo Comum da Escola Politécnica
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Atividade Formativa
MITOS E VERDADES
Mitos e Verdades
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
1. A Termodinâmica pode ser definida como 
sendo uma das grandes áreas da 
Engenharia que relaciona as formas de 
ENERGIA, especificamente entre CALOR e 
TRABALHO.
2. Uma PROPRIEDADE TERMODINÂMICA 
pode ser definida através do seu ESTADO 
que, por consequência, é definido por um 
PROCESSO TERMODINÂMICO.
3. Enquanto a Massa Específica é uma 
Grandeza ADIMENSIONAL comparada, em 
geral, com a da Água, a Densidade Relativa 
é definida como sendo a relação entre 
Massa e Volume.
Conceitos e Definições
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ A palavra “Termodinâmica” tem Origem Grega:
Therme (Calor) + Dynamics (Potência/Trabalho)
▪ Reflete os antigos esforços de Conversão de Calor em Trabalho;
▪ Historicamente, a Termodinâmica se desenvolveu pela necessidade de 
AUMENTAR a Eficiência Térmica das primeiras Máquinas a Vapor 
(Séculos XVII e XVIII – Sadi Carnot);
▪ Termodinâmica -> Estuda a ENERGIA E AS RELAÇÕES ENTRE AS 
PROPRIEDADES DA MATÉRIA.
Aplicações da Termodinâmica
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Aplicações da Termodinâmica
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Aplicações da Termodinâmica
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Definindo Sistemas
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Sistema: TUDO o que se deseja 
ANALISAR:
Exemplos: Corpo Livre ou 
uma Planta Petroquímica
Vizinhança: O que se encontra 
EXTERNO ao Sistema;
Fronteira: É o que SEPARA o 
Sistema da Vizinhança:
Fronteira Móvel
Fronteira Fixa
Sistema Fechado (Massa de Controle)
A Quantidade de Matéria é FIXA ao 
longo da Fronteira!
Volume de Controle (Sistema Aberto)
Há Fluxo de Massa ao longo da 
Fronteira. A Quantidade de Matéria 
NÃO É FIXA!
Definindo Sistemas
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Relação entre Sistema Fechado x Volume de Controle:
Sistema Fechado Volume de Controle
COMO DEFINIR A FRONTEIRA DO SISTEMA?
Sistemas e seus Comportamentos
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Pontos de Vista da Termodinâmica
Sistemas de Refrigeração Lasers
Turbinas a Gás Esc. de Gases em Alta Velocidade
Turbinas a Vapor Criogenia (Temp. Baixas)
Motores de Combustão Interna Cômputo de Propriedades
Abordagem Macroscópica
(Termodinâmica Clássica)
Busca o Comportamento 
Geral/Global do Sistema.
Abordagem Microscópica
(Termodinâmica Estatística)
Busca o Comportamento 
Molecular ou Atômico da Matéria.
Sistemas e seus Comportamentos
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Propriedade, Estado e Processo
E quando NÃO HÁ VARIAÇÃO de 
uma Propriedade com o TEMPO? -> Regime Permanente
PROPRIEDADE
PROCESS
O
ESTADO
É uma Característica 
Macroscópica do 
Sistema:
Pressão, Volume, 
Temperatura, Energia, 
Massa, etc.
É a Condição de um 
Sistema -> Definido 
pelas suas 
Propriedades.É a TRANSFORMAÇÃO 
entre Estados.
Quando uma 
Propriedade varia, o 
Estado varia e diz-se 
que o Sistema sofreu 
um PROCESSO.
Sistemas e seus Comportamentos
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Propriedades Extensivas e Intensivas
Massa Volume Específico
Volume Pressão
Energia Temperatura
Propriedade Extensiva
Tais Propriedades DEPENDEM do 
Tamanho e/ou da Extensão de um 
Sistema.
Propriedade Intensiva
Tais Propriedades NÃO 
DEPENDEM do Tamanho e/ou da 
Extensão de um Sistema.
Massa, Comprimento, Tempo e Força
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
Unidades no SI (Sistema Internacional de Unidades) e no Sistema Inglês 
de Engenharia:
Conversões Básicas:
1 ft = 0,3048 m = 12 in
1 lb = 0,4536 kg
1 N (kg.m/s²) = 32,2 lbf (lb.ft/s²)
Propriedades de Substâncias
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Massa Específica (ρ) e Volume Específico (υ)
O Volume Específico se trata de um Volume por Unidade de Massa (No 
SI: m³/kg). É uma Propriedade INVERSAMENTE PROPORCIONAL à Massa 
Específica (ρ – No SI: kg/m³).
A Massa associada à um Volume Total ∀, é determinada pela Equação:
O Volume Específico υ é definido como sendo υ = 1/ ρ [m³/kg] -
Propriedade Intensiva.
Propriedades de Substâncias
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Densidade Relativa (DR)
É a relação entre a Massa Específica de uma substância qualquer com 
relação a uma outra tratada como de REFERÊNCIA.
Em geral, utiliza-se como substância de referência a ÁGUA (ρH2O). Por 
isso:
DR=
ρ
ρH2O
)
É uma grandeza ADIMENSIONAL!
Observação: Se a Densidade Relativa de uma substância é menor do 
que 1,0, então ela é menos densa do que a substância de referência e 
se for superior a 1, então ela é mais densa do que a de referência.
Propriedades de Estado
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Pressão (p)
Trata-se da relação entre uma Força Normal (F) e à sua Área de 
Distribuição (A). 
A Unidade de Pressão no SI é o Pascal (1 Pa = 1 N/m²).
Fatores de Conversões de Pressão:
Propriedades de Estado
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▪ Pressão (p)
Valor Padrão de Pressão -> Pressão Atmosférica (patm).
Os Dispositivos de Medição de Pressão, geralmente, utilizam-se dos 
conceitos de Pressão Manométrica e Pressão Barométrica (de Vácuo).
Propriedades de Estado
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Temperatura (T)
Atualmente, são usadas duas escalas 
para medida de Temperatura, 
chamadas de: 
- Escala Celsius (Anders Celsius, 1701-
1744) e 
- Escala Fahrenheit (Gabriel 
Fahrenheit, 1686-1736) e 
suas respectivas Escalas 
Termodinâmicas (ABSOLUTAS): Kelvin 
e Rankine.
Propriedades de Estado
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
▪ Temperatura (T)
Fatores de Conversão de Temperaturas:
T(°R) = 1,8 T(K)
T(°C) = T(K) – 273,15
T(°F)= T(°R) – 459,67
T(°F) = 1,8 T(°C) + 32 
onde °C, °F, °R e K referem-se, respectivamente, às Escalas Celsius, 
Fahrenheit, Rankine e Kelvin. 
Lei dos Gases Ideais
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
A Lei dos Gases Ideais é descrita por:
p . ∀ = n . ഥR . T
[Pa] . [m³] = [mol] . [J/mol.K] . [K]
• Descreve o estado de um Gás “Hipotético”;
• Um Gás Ideal NÃO EXISTE. Entretanto, os Gases Reais, na Pressão
Atmosférica ou em pressão mais baixa e nas Temperaturas Ambientes,
comportam-se como Gases Ideais, com boa aproximação, e a Lei dos
Gases Ideais é portanto um modelo adequado;
• Nas CNTP, a 0 °C ou 273,15 K e sob pressão de 1 atm, um mol de gás
ocupa o volume de 22,414 L. Com isso, ഥ𝐑 é igual a:
ഥ𝐑 = 8,314 J/mol.K
Exemplo 01 – Encontro 02
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Conforme o ilustrado na Figura, água circula através de um Sistema de 
Tubulação para suprir as necessidades domésticas. Considerando o 
Aquecedor de Água como um SISTEMA, identifique os locais na 
Fronteira do Sistema, onde o Sistema interage com suas Vizinhanças, e 
descreva o que acontece no INTERIOR do Sistema. 
Repita:
(a) Lavadora de Roupas;
(b) Chuveiro.
Exemplo 02 – Encontro 02
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O Tanque de Armazenamento de uma Torre d’Água tem um formato, 
aproximadamente, ESFÉRICO com um raio de 30 ft. Apresente os 
resultados no SI.
(a) Se a Massa Específica da Água é de 62,4 lb/ft³, qual é a MASSA DE 
ÁGUA armazenada na Torre, em lb, quando o TANQUE ESTÁ CHEIO? 
(Resp.: m = 7,06.106 lb);
(b) Qual é o PESO, em lbf, da Água se se a Aceleração Local da 
Gravidade é de 32,1 ft/s²? (Resp.: W = 2,27.108 lbf).
Da Física do Movimento, sabe-se que [lbf] = [lb].[ft/s²].
Exemplo 03 – Transformação Unidades
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Disciplina de Fenômenos de Transporte e Aplicações
(a) Transforme cada uma das temperatura abaixo pra o SI.
• 50,0 F
• 40,0 C
• 203 K
• 1520 R
(b) Uma solução tem concentração 1,25 g/L. Expresse a 
concentração desta substância no SI.
(c) Em um recipiente tem-se 2,43 dm3 de certo óleo. Qual o volume 
deste óleo nas seguintes unidades: L e m³. Qual a unidade no SI?
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Atividade Formativa
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1. A Termodinâmica pode ser definida como 
sendo uma das grandes áreas da 
Engenharia que relaciona as formas de 
ENERGIA, especificamente entre CALOR e 
TRABALHO.
2. Uma PROPRIEDADE TERMODINÂMICA 
pode ser definida através do seu ESTADO 
que, por consequência, é definido por um 
PROCESSO TERMODINÂMICO.
3. Enquanto a Massa Específica é uma 
Grandeza ADIMENSIONAL comparada, em 
geral, com a da Água, a Densidade Relativa 
é definida como sendo a relação entre 
Massa e Volume.