PROPRIEDADES TERMODINÂMICA

TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Profa. Dra. Maria Laura Gomes Silva da Luz
2016
UNIDADE I - PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS
Termodinâmica: do grego
THÉRME
+ DÝNAMIS
“calor”
“força”
Termodinâmica é a ciência que trata:
-Do calor e do trabalho
-Das características dos sistemas e
-Das propriedades dos fluidos termodinâmicos
Que é caloria?
Caloria (símbolo: cal) é uma unidade de medida de ENERGIA não pertencente ao Sistema
Internacional de Unidade.
Introdução
TMD pertence ao ramo das ciências físicas que trata de diversos fenômenos da energia e das
propriedades da matéria relacionadas à mesma
Especialmente, trata das leis de transferência de calor de uma forma em outra e vice-versa
Conversão: Exemplo: calor em trabalho; trabalho em energia cinética
Definição de Propriedades TMD
Uma propriedade TMD é definida como sendo qualquer grandeza que depende do estado do
sistema e é independente da trajetória pela qual o sistema chegou naquele dado “estado”.
Estado
Fica definido por duas propriedades TMD
Exemplo: pressão, temperatura, volume
Marca-se o ponto de estado
Estado
Cada propriedade de uma substância em um dado estado tem um valor bem definido
Esta propriedade tem sempre o mesmo valor para um dado estado
Independe da maneira pela qual a substância chegou àquele estado
Estados de agregação molecular
São bem conhecidos os três estados de agregação molecular
Sólido, líquido e gasoso
Mudanças de estado físico
O quarto: plasma
Identificado na década de 50. Exemplo: sol
O quinto: condensado Bose-Eienstein, identificado em 1925 por Eienstein (luz)
Comprovado em 1995 por cientistas americanos (Eric Cornell e Carl Wieman)
2000 átomos rubídio (metal prateado) próximo do zero absoluto deixam de agir como
partícula e agem como onda luminosa
O sexto: gás fermiônico
Anunciada a possível descoberta em janeiro de 2004 por cientistas americanos
Comprimido, sólido e resfriado próximo a zero Kelvin comporta-se como um superfluido
(fluido sem viscosidade)
Para saber mais:
http://www.materiaprima.pro.br/estados/Estados.htm
Substância de trabalho
É o fluido capaz de armazenar energia e do qual se pode retirar energia
Exemplos:
Mistura ar-combustível em um motor
Vapor d’água em uma turbina a vapor
Ar em um compressor
Fluido
Qualquer tipo de matéria com pouca resistência à deformação
Pode ser líquido, gás ou vapor
Muitas vezes o fluido é a própria substância de trabalho
Sistema
É uma porção do Universo que se deseja estudar
É uma região limitada por fronteiras especificadas
Podem ser imaginárias ou não, fixas ou móveis
Sistema + Vizinhança = Universo
Tipo de sistema
Fechado
Não apresenta troca de matéria com a vizinhança
Massa não cruza suas fronteiras
Aberto
Apresenta fluxo de massa através de suas fronteiras
Tipo de fronteira
Real
Associada a uma superfície material (recipiente)
Imaginária
Não associada a uma superfície material
Fronteira quanto à mobilidade
Fixa
Móvel
Substância pura
Única, de estrutura molecular invariável ou solução homogênea com estrutura molecular
invariável de seus componentes
Uma substância pura em repouso é caracterizada por 2 propriedades TMD
Exemplos: O2; ar seco; água+gelo+vapor d’água
Propriedades TMD
São características descritivas do comportamento do sistema para cálculo das variações de
energia que tenham ocorrido num determinado sistema
As propriedades são:
Extensivas
Intensivas
Propriedades TMD
Extensivas
Dependem da massa e constituem valores totais como: volume total, energia interna total
Intensivas
Independem da massa, tais como: pressão, temperatura
Uma massa de substância pura
Aquecida, comprimida, dilatada, esfriada
Se voltar à pressão e à temperatura iniciais, as outras propriedades TMD também voltarão
aos valores originais
As propriedades TMD podem ser representadas no plano xy por um ponto
Este ponto define um estado
Por localizarem um ponto num plano e definirem um estado, as propriedades são chamadas
de função de ponto
No plano x e y podem ser usadas quaisquer propriedades TMD
Mais usadas: pV; TS; pH
Massa específica

m
V
Unidades:
Sistema Internacional: kg/m3
Sistema Técnico: u.t.m./m3
Sistema Inglês: lb/ft3
Volume específico

V 1

m 
Unidades:
Sistema Internacional: m3/kg
Sistema Técnico: m3/u.t.m.
Sistema Inglês: ft3/lb
Peso específico

P
V

m.g
  .g
V
Unidades:
Sistema Internacional: N/m3
Sistema Técnico: kgf/m3
Sistema Inglês: lbf/ft3
1 lb exerce 1 lbf sob uma aceleração média de 32,174 ft/s2
Pressão dos fluidos
p = p0 +  (z0 – z)
Unidades:
Sistema Internacional: N/m2 = Pa
Sistema Técnico: kgf/m2
Sistema Inglês: lbf/ft2
Pressão
p
F
A
pressão absoluta = pressão efetiva + pressão atmosférica
Unidades:
Sistema Internacional: N/m2 = Pa
Sistema Técnico: kgf/m2
Sistema Inglês: lbf/ft2
Outras: atm; mmHg; bar; psi = lbf/in2
Se:
p = p0 +  (z0 – z)
p – p0 =  (z0 – z)
pefetiva =  (z0 – z)
Medidores de pressão
Barômetros medem pressão atmosférica
Vacuômetros medem pressão abaixo da atmosférica
Manômetros medem pressão efetiva
Evangelista Torricelli (1608-1647) físico e matemático italiano que foi discípulo de Galileu
demonstrou que 1 atm = 760 mmHg através do experimento de 1643.
Título
x
m1
m1  m 2
x
P1
P1  P 2
0<x<1
Unidade: %
Processos TMD
Diz-se que um corpo sofreu um processo TMD quando há variação de uma ou mais
propriedade do sistema, no qual esse corpo está inserido, havendo variação de seu estado
Exemplos de processos: isobárico, isométrico, isotérmico
Ciclos TMD
Diz-se que houve um ciclo TMD quando a substância em um determinado estado inicial sofre
processos e retorna a esse estado inicial.
Escalas de temperatura
o
C o F  32

5
9
K  oC  273
R  o F  460
Zeroésimo Princípio da TMD
“Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico
entre si, sendo que o calor flui do corpo mais quente para o mais frio”.
Conservação da massa
A massa é indestrutível
m1  m  m 2
1 A1 v1 = 2 A2 v2 = G é a Equação da Continuidade
onde:
G = fluxo de massa ou descarga de massa (kg/s; kg/h; lb/s; etc.)
 = massa específica do fluido (kg/m3; u.t.m./m3; lb/m3; etc.)
A = área da seção transversal de escoamento (m2; in2; ft2; etc.)
v = velocidade do fluido que escoa (m/s; ft/s; etc.)
Conservação da massa
Considerando
constante
, sendo

o peso, m1 g = m2 g = m g , se o volume é
m
m   V
V
1 V g A1 v1 = 2 V g A2 v2 = m g
1 g A1 v1 = 2 g A2 v2 = m g
Se
 
V
P
mg
 

m
V
V
g
e se  V = m , então:
V 
V
  g
g
Conservação da massa
portanto:
onde:
= descarga de peso ou fluxo de peso (kgf/s; kgf/h; etc.)
No Sistema Técnico:  = 3600 kgf/m3
No Sistema Internacional:  = (3600 x 9,8) N/m3
porque 1 kgf = 9,8 N
kg m
.
kgf
N m3 s 2
1 3  9,8 3 
m
m
m
s2

 (3600 x 9,8) N / m 3

 3600 kg / m 3
g
9,8 m / s 2
Reservatório Térmico
É um sistema TMD que serve de fonte térmica ou de sorvedouro de calor para outro sistema.
É infinitamente grande comparado ao outro sistema e a sua temperatura não varia quando
sujeito à troca térmica
Exemplos: rios, mares, oceanos, atmosfera
Máquina Térmica
É um sistema TMD que opera continuamente, enquanto através de suas fronteiras só há fluxo
de energia (Q e W)
Não há fluxo de massa  fronteiras impermeáveis
Exemplo: refrigerador
Fronteira Adiabática
É aquela impermeável ao calor
Faz haver completo isolamento térmico
Exemplo: garrafa térmica, caixa de isopor
Tabela 1.1: Valores de algumas constantes para diversos gases
Sites de conversão de unidades e outros
www.processassociates.com/process/convert/cf_all.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tabela_de_conversão_de_unidades (com til)
http://www.convertworld.com/pt/
http://www.baixaki.com.br/download/convert.htm
Site com + de 2.100 vídeos educativos: http://www.khanacademy.org/
http:www.mesalva.net
Meu site
http://wp.ufpel.edu.br/mlaura
OBRIGADA!