2 aula - conceitos fundamentais de termodinâmica

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Curso de Graduao em Engenharia Mecnica Disciplina: Tecnologia do Calor II Perodo: 4 - 1 semestre de 2008 Professor: Otavio Henrique Paiva Martins Fontes Conceitos Fundamentais de Termodinmica: Definies, Energia e 1 Lei

Conceitos Fundamentais de Termodinmica

Definies Energia 1 Lei da Termodinmica Entalpia

Definies Volume especfico (R): definido com o volume ocupado pela unidade de massa. A massa especfica (V) definida como a massa associada a unidade de volume. Assim, a massa especfica o inverso do volume especfico.R = [m3/kg] R = V/m V = [kg/m3] V = m/V Unidades no Sistema Internacional (SI)

Sistema: quantidade de matria, com massa e identidade fixas, sobre a qual a nossa ateno dirigida. Volume de Controle: regio sobre a qual nossa ateno dirigida.

Definies Propriedades Intensivas: seus valores so independentes do tamanho ou da extenso de um sistema. Volume especfico, presso e temperatura. No depende da massa do sistema. Propriedades extensivas: so aquelas nas quais o seu valor para o sistema como um todo a soma de seus valores para as partes nas quais o sistema dividido. Massa, volume e energia so propriedades extensivas. Depende da massa do sistema.

Definies Substncia pura: aquela que tem composio qumica invarivel e homognea. Pode existir em uma ou mais fases, mas a sua composio qumica no muda. Temperatura de saturao: a temperatura na qual ocorre a vaporizao a uma dada presso e esta presso a chamada presso de saturao para a dada temperatura. Dessa forma, a presso de saturao da gua a 0,1 MPa de 99,6 oC.

Figura 1 Diagrama temperatura x volume , mostrando as fases lquida e vapor da gua.

Definies Se uma substncia existe como lquido a T e P de saturao, ela chamada de lquido saturado. Se a temperatura do lquido mais baixa do que a temperatura de saturao para a presso existente, a substncia chamada de lquido sub-resfriado. Quando uma substncia composta de uma parcela na fase lquida e outra na fase vapor (vapor saturado), na temperatura de saturao, o seu ttulo definido como a razo entre a massa de vapor e a massa total. O ttulo de uma substncia uma propriedade intensiva e seu smbolo x. O ttulo somente tem significado quando a substncia est no estado saturado.

DefiniesSe uma substncia existe como vapor na temperatura de saturao, ela chamada de vapor saturado. Quando o vapor est a uma temperatura maior que a temperatura de saturao chamado de vapor superaquecido. A presso e a temperatura do vapor so propriedades independentes, pois a temperatura pode aumentar enquanto a presso permanece constante. Considerando a gua como um sistema, o volume total de gua: V = Vliq + Vvapor = mliq . vliq + mvapor . vvapor v = V/m = (mliq / m). vliq + (mvapor /m). vvapor = (1 x). vliq + x. vvapor = vliq + x. vvapor

Energia e Primeira Lei da TermodinmicaIntroduo Energia um conceito fundamental em termodinmica. Energia pode ser armazenada dentro de sistemas em vrios formas macroscpicas. Pode tambm ser transferida entre os sistemas e ser transformada de uma forma para outra. A energia pode ser transferida por meio de calor e por meio de trabalho. A quantidade total de energia permanece constante em todas as transformaes e transferncias.

Energia e Primeira Lei da Termodinmica TRABALHO: transferncia de energia em funo de trabalho mecnico, eltrico, etc... CALOR: transferncia de energia em funo nica e exclusivamente da variao de temperatura. 1 Lei da Termodinmica tambm chamada de Lei da Conservao de Energia. A 1 Lei utilizada para relacionar as mudanas de estado detectadas em um sistema, na forma de calor e trabalho, que so transferidas no processo analisado. Durante qualquer ciclo percorrido por um sistema a integral cclica do calor proporcional a integral cclica do trabalho.

Energia e Primeira Lei da Termodinmica Demonstrao da propriedade ENERGIA INTERNA de um sistema:

Significado de E: representar toda a energia de um sistema em um dado estado.

E = energia interna + energia cintica + energia potencial = = U + EC + EP As energias cintica e potencial podem ser determinadas pelos parmetros macroscpicos de massa, velocidade e elevao. A energia interna U est associada a todas as outras formas de energia do sistema, ou seja, ao estado TERMODINMICO.

1 Lei da Termodinmica

1 Lei da Termodinmica Expresso para a energia potencial:

Admitindo-se que g no varia com z:

1 Lei da Termodinmica

Equao da 1 Lei da termodinmica:

Observaes: 1. A propriedade realmente existe (E), porm mais interessante consider-la de forma desmembrada. 2. A equao acima postada representa o enunciado da conservao de energia. A variao lquida da energia do sistema ser sempre igual a transferncia lquida de energia atravs da fronteira do sistema na forma da CALOR e TRABALHO. Existem dois modos pelos quais a energia poder ser transferida na fronteira de um sistema: CALOR e TRABALHO. 3. Para atribuir valores as U, EC e EP, deveremos admitir estados de referncia e atribuir valores para estes estados.

1 Lei da Termodinmica ENERGIA INTERNA Propriedade extensiva, uma vez que depende da massa do sistema. As EC e EP tambm so propriedades extensivas. O termo U designa energia interna total, e u designa energia interna especfica, tal qual para o volume especfico. Os valores de energia interna so tabelados, em uma tabela de propriedades termodinmicas. Assim, temos os seguintes valores: ul energia interna do lquido saturado; uv energia interna do vapor saturado; ulv diferena entre as energias internas do vapor e lquido saturado.

Estes valores so fornecidos em relao a um dado estado de referncia arbitrado.

1 Lei da Termodinmica

Exemplo: a energia interna do vapor dgua saturado a presso de 0,6 MPa, com ttulo de 95% calculada da seguinte forma: u = ul + xulv u = 669,9 + 0,95 (1897,5) = 2472,5 kJ/kg

1 Lei da Termodinmica A propriedade termodinmica ENTALPIA (h) Ao analisarmos processos especficos, encontramos combinaes de propriedades termodinmicas. Consideremos um sistema que passa por um processo quase-esttico a presso constante. Admitamos ainda que no haja variaes de EC e EP, e que o nico trabalho realizado durante o processo seja aquele associado ao movimento da fronteira. Assim:

1 Lei da Termodinmica Tal qual os valores de energia interna, os valores de entalpia tambm so tabelados. Entalpia especfica: h = u + pv Entalpia especfica num estado saturado v-l: h = hl + hlv = (1-x). hl + x.hv A entalpia de uma substncia, num estado de saturao e apresentando um certo ttulo determinada do mesmo modo que foi utilizado para o volume especfico e para a energia interna.