Termodinâmica Bibliografia Notas de Aula: “Fundamentals of Thermodynamic” Borhnakke e Sonntag. 7ª edição (2009) Bibliografia Borgnakke, C e Sonntag, R.:“Fundamentals of Thermodynamic” 7ª edição . Ed. John Wiley (2009)(Livro Texto). Wylen, G.V.: “Fundamentos da Termodinâmica Clássica” 6a edição Ed. Edgard Blucher. (2204) Sonntag, R.e Borgnakke, C. “Introdução a Termodinâmica para Engenharia”. Ed. LTX (2003) 18/09/2018

Termodinâmica I- Ementa Apresentação da disciplina. Alguns conceitos e definições termodinâmicas. Energia, Pressão e Temperatura. A lei zero da termodinâmica. Propriedades de uma substância pura. Trabalho e Calor. A primeira lei da termodinâmica. Propriedades da termodinâmica: entalpia e energia interna. Aplicações da 1ª Lei da Termodinâmica à engenharia. 18/09/2018

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Planta de uma Usina Térmica: etapas Vapor superaquecido deixa a caldeira e entra na turbina; O vapor se expande realiza trabalho para o gerador elétrico; O vapor agora c/ pressão mais baixa dentro da turbina, passa para o condensador onde existe a transferência de calor do vapor para as paredes resfriadas do condensador; A pressão do sistema (L+V) que deixa o condensador é aumentada pelas bombas e o ciclo recomeça. *Palavras em vermelho: significado termodinâmico! 18/09/2018

1. Alguns conceitos e definições Sistema termodinâmico: é uma parte do universo que se deseja estudar. Vizinhanças é a parte do universo vizinha do sistema onde fazemos as observações e medida. Tipos de sistemas: fechado aquele sistema que não permite troca de matéria entre ele e suas vizinhanças; aberto aquele sistema que permite a entrada/saida de matéria de/para seu interior; isolado aquele sistema que não tem contato mecânico, nem térmico com suas vizinhanças. Sala de aula: utilizando planta da usina térmica, determine pelo menos três tipos de sistemas, aponte quem são suas vizinhanças e classifique os de acordo com seus tipos. 18/09/2018

1. Alguns conceitos e definições Visão macroscópica vs visão microscópica Um sistema pode ser investigado microscopicamente macroscopicamente O que significa em termos termodinâmicos? Exemplo: Gás monoatômico Contendo 1030 átomos Para descrever posição de cada átomo: 3 coordenadas! Para descrever velocidade de cada átomo: 3 componentes de v! Total de equações: 6x1030 equações!!!! paredes = vizinhanças SAÍDA Tratamento estatístico (usado em Teoria Cinética e mecânica estatística) Reduzir o número de variáveis (termodinâmica clássica) 18/09/2018

em termodinâmica o termo macroscópico preocupa-se em descrever os efeitos médios de todas as moléculas o sistema é considerado contínuo! os efeitos podem ser percebidos por nossos órgãos de sentido medidos por instrumentos Conclusão: a base da termodinâmica clássica desconsidera o efeito individual de cada molécula ou átomo (sistema contínuo)! 18/09/2018

Propriedades e estado de uma substância Consideremos um fato: uma dada massa de água ela pode se encontrar de várias formas : pode ser líquida, depois tornar-se vapor se aquecida e sólida se resfriada! Ou seja: diferentes fases!! Fase: uma dada quantidade de matéria que se encontra homogeneamente distribuída! 18/09/2018

Propriedades e Estado de uma substância Cada fase pode existir em várias pressões e temperaturas linguagem termodinâmica EM VÁRIOS ESTADOS 18/09/2018

Propriedades e Estado de uma substância O estado de um sistema pode ser descrito ou identificado Por certas propriedades macroscópicas observáveis como: T, p e densidade Toda propriedade de uma substância em um dado estado tem definido apenas um e somente um valor!!! Tipos de propriedades termodinâmicas: intensiva e extensiva Independe da quantidade de massa do sistema depende da quantidade da massa do sistema 18/09/2018

Aplicando o tratamento da termodinâmica clássica propriedades de uma substância são as próprias propriedades do sistema quando O sistema estiver em equilíbrio Tipos: equilíbrio térmico temperatura equilíbrio mecânico pressão 18/09/2018

Tipos de propriedades Intensiva: pressão,p, temperatura, T e densidade, ρ. Extensiva: massa e volume total, V 18/09/2018

Processos e Ciclos Um dado sistema em um dado estado definido por suas propriedades, p. ex: p, T e V Sair de um estado 1 para estado 2 significa modificar algumas propriedades iniciais para novos valores que irão agora descrever o estado final. 18/09/2018

Processos e Ciclos os caminhos sucessivos de estados que o sistema passa para sair do estado 1 para o estado 2 chamado de processo. Se o sistema então retorna ao estado 1, estado inicial diz que: sofreu um ciclo. 18/09/2018

Pergunta: Se por definição as propriedades só descrevem o estado do sistema se este estiver no equilíbrio Como poderemos descrever os estados do sistema durante um processo? resposta Processo Ideal quase-equilibrio 18/09/2018

Revisão: definições Sistema e vizinhança Tipos de sistema Fase Propriedades Tipos de propriedades: intensiva e extensiva Estado Processos e Ciclos 18/09/2018

Unidades para M, L, t e F Força, massa, comprimento e tempo estão relacionados com a segunda lei de Newton: F α m.a m em kg em termodinâmica ---- MOL F em N = kg m/s2. diferença entre Peso e Massa: peso é uma força peso varia com a elevação mas massa não! 18/09/2018

Unidades Sistema SI (sistema internacional): tempo em segundos (s) comprimento em metros (m) massa em kilograma (kg) Força em Newton, N onde 1N=1 kg/s2 Sistema Inglês de Engenharia: tempo em segundos comprimento em pés (ft) onde 1ft=0,305 m ou em polegadas (in) onde 12 in = 1 ft massa é em pounds massa (fala-se) mas escreve-se em libra (lbm) onde 1lbm = 0,4536 kg Força é pounds força (lbf) onde 1 lbf = 32,174 lbm ft/s2 18/09/2018

Websites úteis para conversões* Em português: visite o website do INMETRO.Para itens muito especializados: http://n93.cs.fiu.edu/measures. *http://www.duvekot.com/eua052p.php 18/09/2018

Exercícios Utilizando a figura da planta de uma usina térmica faça um círculo em 04 diferentes tipos de sistemas e liste o fluxo de massa e energia que entra e sai de cada um (se existir) e qualquer armazenamento de energia. Um cilindro de aço de 300 cm de comprimento contém 4 dL de água a 25oC sob uma pressão de 200 kPa. Ache a massa total do sistema e o volume do cilindro. Liste 2 propriedades intensivas e extensivas da água. Determine o peso de uma corpo de massa de 50 lbm situado em uma altitude onde a aceleração da gravidade é 9,75 m/s2. Qual o peso de uma massa de 1 lbm em altitude com g=32 ft/s2? 18/09/2018