Fundamentos e Conceitos Termodinâmicos

Fundamentos e Conceitos Tópico - 1

Objetivo geral: Conhecer os fundamentos da termodinâmica técnica para compreensão

dos fenômenos associados com as máquinas e processos térmicos.

Objetivos específicos:

• Interagir com as principais grandezas e propriedades termodinâmicas;

• Verificar a viabilidade de um processo termodinâmico;

• Realizar balanços de massa e energia em sistemas térmicos;

• Avaliar a eficiência e eficácia de máquinas e processos térmicos; • Fazer análise crítica.

Índice 1.1 Sistema Termodinâmico

1.2 Estado e Propriedades de uma Substância

1.3 Mudança de Estado de um Sistema Termodinâmico

1.4 Lei Zero da Termodinâmica

1.5 Escalas de Temperatura

1.6 Pressão

1.1 Sistema Termodinâmico Definição:

❏  Quantidade de matéria, com massa e identidade fixas; ❏  Vizinhança, fronteiras móveis e fixas.

Sistema Isolado:

❏  Não é influenciado pelo meio, ou seja, calor e trabalho não cruzam a fronteira do sistema.

1.1 Sistema Termodinâmico Sistema Fechado:

❏  Não há fluxo de massa através das fronteiras que definem o sistema, ou seja, em um sistema temos uma quantidade fixa de massa;

Volume de Controle: ❏  A análise envolve fluxos de massa, delimitados por uma superfície de

controle.

1.2 Estado e Propriedades de uma Substância

❏  Fase ❏  Uma substância pode existir sob várias fases (sólido, líquido e gasoso).

❏  Uma fase é definida como quantidade de matéria totalmente homogênea.

❏  Em cada fase a substância pode existir em diversas pressões e temperaturas,

ou usando terminologia termodinâmica, em diversos estados.

1.2 Estado e Propriedades de uma Substância

❏  Estado

❏  O estado pode ser identificado por certas propriedades macroscópicas, como temperatura, pressão, entalpia, entropia, massa específica, volume específico, etc.

❏  Em uma substância pura, duas propriedades independentes definem o estado

termodinâmico.

1.2 Estado e Propriedades de uma Substância

❏  Propriedades Termodinâmicas

❏  Extensivas: Dependem do tamanho do sistema ou do volume de controle (Ex.: massa e volume);

❏  Intensivas: Independem do tamanho (Ex.: pressão e temperatura);

❏  Específicas: Propriedades extensivas por unidade de massa são

propriedades intensivas (Ex.: volume específico)

1.3 Mudança de Estado de um Sistema Termodinâmico

Ocorre com a mudança de qualquer propriedade do sistema, podendo ser pressão, massa, temperatura, etc. ❏  Processo: O caminho que um sistema usa para percorrer sucessivos

estados termodinâmicos.

❏  Isobárico (pressão constante) ❏  Isotérmico (temperatura constante) ❏  Isocórico (isométrico) (volume constante) ❏  Isoentálpico (entalpia constante) ❏  Isoentrópico (entropia constante) ❏  Adiabático (sem troca de calor)

1.3 Mudança de Estado de um Sistema Termodinâmico ❏  Ciclo Termodinâmico: Ocorre quando um sistema passa por uma série

de processos termodinâmicos, e ao terminar esses processos o sistema retorna ao seu estado inicial.

❏  Equilíbrio térmico: Se dois corpos têm a mesma temperatura, dizemos

que estão em equilíbrio térmico entre si.

1.4 Lei Zero da Termodinâmica

❏  Definição: “Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro eles estão em equilíbrio térmico entre si.”

1.5 ESCALAS DE TEMPERATURA

•Celsius ou Escala Centígrada: Em homenagem ao Astrônomo Sueco Anders Celsius;

•Fahrenheit: Homenagem ao Fabricante de Instrumentos Alemão Gabriel Fahrenheit;

•Kelvin: Homenagem ao Físico Escocês Lord Kelvin;

•Rankine: Homenagem ao Polimato William Rankine;

1.5 ESCALAS DE TEMPERATURA

CARACTERÍSTICAS E SEMELHANÇAS ●  Celsius e Fahrenheit são conhecidos como escalas de dois pontos.

Usadas no Sistema Inglês e SI; ●  Kelvin é conhecida como escala termodinâmica de temperatura;

●  Kelvin e Celsius são idênticas em magnitude;

●  Rankine e Kelvin não são acompanhados pelo símbolo de grau (°).

1.5 ESCALAS DE TEMPERATURA

RELAÇÕES: •Relação Kelvin e Celsius: T(K) = T(°C) + 273,15 •Relação Rankine e Fahrenheit: T(R) = T(°F) + 459,67 •Relação Rankine e Kelvin: T(R) = 1,8 . T(K) •Relação Fahrenheit e Celsius: T(°F) = 1,8 . T(°C) + 32

1.6 - Pressão Propriedade termodinâmica definida como a relação entre uma força e a área normal onde está sendo aplicada a força.

Experimento de Torricelli (1608-1647), da pressão atmosférica:

(Unidades: 1atm = 760 mmHg =101325 Pascal = 14,6959 lbf / in²)

Pressão Hidrostática Teorema de Stevin: “A diferença de pressão entre dois pontos no interior de um líquido é diretamente proporcional ao desnível vertical entre eles, em relação à superfície livre de um líquido”.

ΔP = µ . g . Δh

A pressão varia linearmente com:

• massa específica do fluido;

• aceleração gravitacional;

• profundidade.

Pressão total ou Absoluta

PT = Ph + Patm

Patm