Termodinâmica

Termodinâmica

A Termodinâmica estuda os fenômenos relacionados com trabalho,

energia, calor e entropia, e as leis que governam os processos de

conversão de energia.

Algumas aplicações da Termodinâmica na Engenharia:

Motores de combustão interna

Turbinas a Vapor

Geradores de Vapor

Usinas Térmicas (nucleares, combustíveis fósseis, biomassa ou qualquer

outra fonte térmica)

Sistemas de propulsão para aviões e foguetes

Sistemas de combustão

Aquecimento, ventilação e ar condicionado

Refrigeração (por compressão de vapor , absorção ouadsorção)

Bombas de calor

Sistemas energéticos alternativos

Células de combustível

Sistemas de aproveitamento da energia Solar para aquecimento,

refrigeração e produção de energia elétrica

Sistemas Geotérmicos

Aproveitamento da energia dos oceanos (térmica, dasondas, e das marés)

Aproveitamento da energia dos ventos (energia eólica)

Conceitos Fundamentais:

Sistema Termodinâmico:

É uma região limitada por uma superfície real ou imaginária, fixa ou

móvel, através da qual passa energia trocada com o meio ambiente. A

energia pode se apresentar na forma de calor, trabalho ou acompanhando

um fluido que entra ou sai do sistema.

Sistema Aberto:

É um sistema que permite a passagem de massa através de sua fronteira

podendo ainda transferir energia na forma de calor ou trabalho.

O deslocamento do pistão indica que o sistema realiza trabalho.

Sistema Fechado:

É um sistema constituído por uma fronteira que não permite passagem de

massa. Nesse caso, o sistema é envolvido por uma fronteira real, podendo

ser fixa ou móvel, através da qual pode haver transferência de calor e

trabalho. Por exemplo, uma panela de pressão.

Se a fronteira é móvel o sistema troca trabalho como meio, conforme a

figura abaixo:

Sistema Isolado

É um sistema que não permite a passagem de massa, calor e trabalho.

Estado

O estado de uma substância dentro de um sistema pode ser definido

através de duas propriedades independentes. Definem-se propriedades

independentes quando a variação de uma delas não implica na variação

da outra. Por exemplo, o ar ambiente a 1 atm pode assumir diferentes

valores de temperatura.

Propriedades dependentes não podem assumir valores arbitrários. Por

exemplo: pressão e temperatura de ebulição da água.

Para a vaporização de uma substância, a pressão e aporcentagem de

vapor (x) são propriedades independentes:

Processo:

É uma sucessão de estados de equilíbrio de uma transformação. Por

exemplo, para a figura abaixo, a mesma transformação pode ser realizada

por vários caminhos, determinados processos:

Propriedades Termodinâmicas:

Título (x):

Para a definição de título, considera-se uma substância em estado de

vaporização, onde:

m – massa total da substância

mV

– massa de vapor

mL

– masssa de líquido

L V

V

m m

m

x

+

=

A Figura a seguir apresenta os cinco estados em queuma substância (p.

ex.: água) pode assumir:

(1) Líquido sub-resfriado (LSR) – estado líquido

(2) Líquido saturado (LS) – atinge estado de vaporização (x = 0)

(3) Vapor saturado úmido (M) – substância em ebulição (0,0 <x <1,0)

(4) Vapor saturado seco (VSS) – vapor na temperatura de ebulição (x = 1)

(5) Vapor superaquecido (VSA) – vapor na temperatura maior que a de

ebulição

Volume específico (v)

Relação entre o volume e a massa:

m

v

∀

=

Para um estado de líquido e vapor saturado → v = v

L

+ x.∆ ∆∆ ∆v = v

L

+ x.(v

V

– v

L