Conceitos Fundamentais Da Termodinâmica

1. Conceitos Fundamentais

1.1. Introdução

A termodinâmica é a parte da ciência que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, calor,

entalpia, entropia e os respectivos processos e leis que tratam da conversão e transformação destas

energias.

Na engenharia a termodinâmica é utilizada para analise de vários processos que ocorrem em

equipamentos e sistemas térmicos de grande importância, tais como:

Centrais termoelétricas

Sistemas de refrigeração

Sistemas de geração de vapor

Motores de combustão

Sistema de separação e produção de gases

Dentre outros

Figura 01 – Central Nuclear

Figura 02 – Sistema de Refrigeração por Compressão a Vapor

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2. Conceitos e definições

2.1. Sistema Termodinâmico

Sistema termodinâmico consiste em uma quantidade de matéria de massa fixa sobre o qual nossa

atenção está voltada para estudo. Tudo mais externo ao sistema é chamado de vizinhança ou exterior. O

sistema está separado da vizinhança por meio das fronteiras do sistema. Estas fronteiras podem ser fixas

ou móveis.

Conforme mostra Figura – 03 o vapor de água contido no interior do cilindro é considerado como

o sistema. Se calor é transferido ao sistema a temperatura irá aumentar e o vapor de água irá expandir e o

embolo móvel irá se elevar e a fronteira móvel imaginária irá também se mover. Neste sentido, calor e

trabalho são formas de energia que cruzam as fronteiras do sistema durante o processo discutido.

Entretanto a matéria que compõe o sistema mantém-se fixa.

Caracteriza-se como sistema isolado aquele que não é influenciado, de forma alguma, pelo

exterior. Isso significa dizer que calor e trabalho não cruzam a fronteira de um sistema isolado.

2.2. Volume de Controle Termodinâmico

Em muitos processos envolvendo equipamentos termodinâmicos, como exemplo um compressor

de ar, que envolve escoamento de massa para dentro e/ou fora do equipamento, define-se o que se

denomina de volume de controle que envolve o equipamento em analise.

A superfície desse volume de controle é chamada de superfície de controle. Neste sentido,

conforme mostrado na Figura – 04, além do calor e trabalho, a massa pode escoar através da superfície de

controle.

Figura 03 – Sistema Termodinâmico

Figura 04 – Volume de Controle Termodinâmico

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Podemos concluir que um sistema é definido quando se trata com uma quantidade de massa fixa e

um volume de controle é definido quando a análise envolve um fluxo de massa.

2.3. Estado e propriedade de uma substância

Se considerarmos uma massa de água, reconhecemos que ela pode existir sob várias formas. Se é

inicialmente líquida pode-se tornar vapor após aquecida ou sólida quando resfriada. Assim nos referimos

às diferentes fases de uma substância: uma fase é definida como uma quantidade de matéria totalmente

homogênea; quando mais de uma fase está presente, as fases se acham separadas entre si por meio dos

contornos das fases. Em cada fase a substância pode existir a várias pressões e temperaturas ou, usando a

terminologia da termodinâmica, em vários estados. O estado pode ser identificado ou descrito por certas

propriedades macroscópicas observáveis; algumas das mais familiares são: temperatura, pressão, massa

especifica, etc.

Cada uma das propriedades de uma substância num dado estado tem somente um valor definido e

essa propriedade tem sempre o mesmo valor para um dado estado, independente da forma pela qual a

substância chegou a ele. De fato, uma propriedade pode ser definida como uma quantidade