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Termodinmica

Prof. Gabriel Tarantino

Introduo

Termodinmica

Termodinmica: converter calor em potncia ou potncia desenvolvida a partir docalor, origem grega: therme (calor) e dynamis (potncia).

Origem: nasceu no sculo XVIII com o surgimento das mquinas trmicas(revoluo industrial). Estudava as transformaes de calor em potncia(trabalho).

Questes: Quanto carvo necessrio para movimentar uma mquina por 1km? (consumo) Para o mesmo servio, quem mais barato: carvo, madeira, gasolina? (custo) Quanta madeira equivale a um balde de carvo? (eficincia)

Introduo

Termodinmica

Sculo XIX: estudava a fora motriz do calor: capacidade dos corpos quentes emproduzir trabalho.

Atualmente: trata da energia e das relaes entre as propriedades da matria.Princpios observados para as mquinas foram generalizados em postuladosvlidos em vrios ramos da cincia (leis da termodinmica).

Leis da termodinmica: A primeira lei afirma que a energia conservada; A segunda lei impe restries sobre direo da transformao.

Introduo

Termodinmica

Anlise macroscpica: Denominada Termodinmica clssica. Estuda variaesmdias que ocorrem com um nmero grande de molculas. baseado emobservaes macroscpicas. matematicamente mais simples.

Anlise microscpica : Denominada Termodinmica estatstica. diretamenteligada estrutura da matria. O objetivo caracterizar por mtodos estatsticos ocomportamento mdio das partculas de um sistema e relaciona-lo com ocomportamento macroscpico do mesmo.

Aplicaes industriais: Processos de separao: Destilao, extrao, absoro, adsoro etc.; Ciclos Trmicos; Turbinas, Bombas, compressores, vlvulas e trocadores de calor; Efeitos trmicos em reaes industriais; Determinao de condies de Equilbrio.

Introduo

Termodinmica

Termodinmica Qumica: A termodinmica Qumica estuda aplicaes dosfundamentos da Termodinmica em problemas especficos da EngenhariaQumica distribudos nos seguintes tpicos:

Leis fundamentais da Termodinmica: originam as equaes de balanos deenergia e de equilbrio termodinmico.

Propriedades termodinmicas de substncias puras e de misturas:estabelece princpios para o conhecimento da natureza de materiais, suaspropriedades e o modo de represent-las matematicamente.

Equilbrio de fases, teoria de solues e equilbrio qumico: partindo dasbases do equilbrio termodinmico, so estabelecidos estudo e representaodos fenmenos que regem misturas, solues e reaes qumicas.

Introduo

Termodinmica

A Termodinmica Qumica fornece as bases para o conjunto de matrias queconstituir a Engenharia Qumica (Terron, L. R., 2009).

Sistemas de unidade

Termodinmica

Unidades Bsicas ou Fundamentais: Reconhecidas pela nossa perceposensitiva e no definida em termos de alguma coisa mais simples. A suautilizao requer a definio de escalas de medidas arbitrrias.

Sistemas de unidade

Termodinmica

Sistemas de unidade

Termodinmica

5 quilogramas + 3 calorias

No tem significado, pois as dimenses dos dois termos so diferentes !!!

1 kg + 500 gramas

Pode ser executada apenas aps as unidades serem transformadas em iguais,

sejam libras, gramas, kg, onas e assim por diante.

1 kg =1000 gramas, ento, 1000 g + 500 g pode ser somado, resultando em

1500g

Exemplo: Transforme 400 in^3/dia em cm^3/min

min56,4

min60

1

24

154,2400

333 cmh

h

dia

in

cm

dia

in

Sistemas de unidade

Termodinmica

Energia = Fora * Distncia = (Kg*m/s^2) * (m) = kg*m^2/s^2 = J (Joule)

Sistemas de unidade

Termodinmica

Sistemas Absolutos

- Ingls (fps: foot.pound.second ou p.libra.segundo)

- Mtrico

- cgs (centmetro.grama.segundo)

- mks (metro.kilograma.segundo)

Sistemas de unidade

Termodinmica

Sistema Ingls: Massa (lbm), comprimento (ft), tempo (s), fora (lbf = 32,174 lb.ft/s) 1lbf a fora necessria para acelerar uma massa de 1 lb em 32,174 ft/s

Sistemas de unidade

Termodinmica

Termodinmica

2174,32

s

fta

S.I.:

F=C.m.a

1kg

F = 10 N

F = C 1 kg 10 m = 10 N

s^2

C = 1 N.s^2Kg.m

Permite transformar N em kg.m.s-2

32,174 lbm.ft

F=C.m.a

F = C 1 lbm 32,174 ft = 1 lbfs^2

C = 1 lbf.s^2

gc transforma lbf em lbm.ft.s-2

Sistema Americano:

Condio: preciso que o valor numrico da fora e da massa sejao mesmo na superfcie da Terra.

1lbm

F= 1 lbf

gc ou

Sistemas de unidade

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://magnetichealer.com/images/usa_flag.gif&imgrefurl=http://magnetichealer.com/warning.html&h=1095&w=2076&sz=29&hl=pt-BR&start=4&tbnid=SkgatcRFgnMXyM:&tbnh=79&tbnw=150&prev=/images?q%3Dusa%2Bflag%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR

TermodinmicaSistemas de unidade

TermodinmicaSistemas de unidade

TermodinmicaSistemas de unidade

Cem libras de gua passam por uma tubulao a uma velocidade de 10 ft/s. Qual a energia cintica dessa gua nas unidades do sistemainternacional e em ft.lbf ?

Exerccio:

TermodinmicaSistemas de unidade

No sistema americano de engenharia de unidades, a viscosidade pode ter as unidades de lbf.h/ft^2, enquanto no SI as unidades so kg/m.s. Converta uma viscosidade de 20 kg/m.s em unidades do sistema americano de engenharia.

Massa = M Comprimento = L Tempo = Temperatura = T

Consistncia Dimensional

Exemplo: qual a dimenso da fora?

F = m . a

2.

LMF

M = kg, g, ton, lb, etc...

L = m, cm, mm, km, p, polegada, etc...

= h, min, s, dia, ano, etc

T = C, K, R, F

2.s

mkgF

TermodinmicaSistemas de unidade

Exerccio:

A presso pode ser obtida por:

Essas duas equaes possuem

consistncia dimensional ?? rea

FP

ou

hgP

..

Qual a dimenso do nmero de Reynolds, dado pela equao abaixo ??

..Re

DN

]./:.[cos scmgexidadevis

densidade

velocidade

dimetroD

Exerccio:

Explique se a seguinte equao para a vazo atravs de umvertedouro retangular tem consistncia dimensional. (Esta aequao de Francis modificada).

ghhLq 2)2,0(415,05,1

00

q = vazo volumtrica [ft^3/s]; L=altura da crista [ft]; h0=cargaacima do vertedouro [ft]; g=acelerao da gravidade [32,2ft/s^2].

A equao abaixo representa o comportamento de um gs e chamada de Equao de van der Walls. Considere as unidades aolado da equao. Qual ser a unidade de R?

TRbVV

aP ..

2

a = ?

b = ?

V = volume, cm^3

P = presso, atm

T = temperatura, K

Conceitos Fundamentais

Termodinmica

Sistema: Regio do espao onde ocorrem os processos (nosso objeto de estudo).

Tipos de Sistemas

Ambiente ou Vizinhana: Regio externa ao sistema que pode interagir com ele.

Fronteira: o envoltrio que separa o sistema da vizinhana. Ex: Fronteirasadiabticas, diatrmicas, rgidas, mveis, impermeveis, permeveis...

Tipos de sistemas

Isolado: No trocam massa nem energia com o ambiente.

Fechado: No trocam massa com o ambiente mas trocam energia.

Aberto: Trocam massa nem energia com o ambiente.

../animaes/Cap 1/A.1 - Tipos de Sistemas.swf

Conceitos Fundamentais

Termodinmica

Propriedades de estado: So caractersticas de um sistema cujos valoresnumricos podem ser conhecidos independentemente do caminho do processo.Algumas propriedades so medidas diretamente (T, P) outras determinadasindiretamente (U).

Estado: Condio do sistema descrito por suas propriedades.

Funes de caminho: Variveis que dependem do histrico do processo. Ex: Calore trabalho, taxas (vazes mssicas, molares...)

Processo: Resultado da variao das propriedades de estado. o caminho definidopelas sucessivas transformaes do sistema de um estado para outro.

Propriedades de estado

../animaes/Cap 1/A.2 - Prop Estado Processo.swf

Conceitos Fundamentais

Termodinmica

Equilbrio: Estado no qual as propriedades no variam com o tempo. Mudanasmicroscpicas podem estar ocorrendo mas se anulando.

Todas as foras motrizes encontram-se equilibradas A existncia de todos estesequilbrios determina o equilbrio termodinmico total.

Presso transferncia de energia como trabalho. Temperatura transferncia de energia como calor. Potencial qumico transferncia de massa de uma fase a outra ou

possibilidade ou no de haver reao qumica.

Tipos de Propriedades

../animaes/Cap 1/A.3- Propriedades Ext Int.swf

Principais Propriedades

Termodinmica

Volume: Representa o tamanho de um sistema, obtida pelo produto de trscomprimentos.

Massa especfica:

Volume Especfico: Volume Molar:

Temperatura: Representa o grau de agitao de um sistema de partculas emequilbrio trmico.

T(K) = T(oC) + 273,15

T(R) = T(oF) + 459,67

T(R) = 1,8 x T(K)

T(oF) = 1,8 x T(oC) + 32

V

m

VVlim

'

Onde V a menor unidade de volume na

qual existe um valor definido para esta

razo.

Principais Propriedades

Termodinmica

Ebulio do enxofre

Principais Propriedades

Termodinmica

Principais Propriedades

Termodinmica

Presso: definida como a foranormal dividida pela rea da seotransversal em um ponto.

Onde A a meno

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