[slide 1] termodinâmica

A termodinâmica é a ciências que trata das transformações energéticas

dos fluidos e suas misturas. As restrições gerais em que estas

transformações ocorrem são conhecidas como a primeira e a segunda

lei da termodinâmica.

A primeira lei afirma que a energia é conservada;

A segunda lei impõe restrições sobre à direção da transformação;

Aplicações industriais

Processos de separação: Destilação, extração, absorção, adsorção, ...

Ciclos de refrigeração;

Ciclos Térmicos;

Turbinas, Bombas, compressores, válvulas e trocadores de calor;

Efeitos térmicos em reações industriais.

A 3ª lei da Termo diz que, quando um sistema se aproxima da

temperatura do zero absoluto, todos os processos cessam, e a

entropia tem valor zero.

Termodinâmica

Alguns Comentários Preliminares

Fonte: Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag

Outras aplicações e aspectos ambientais

Calor produzido pela decomposição do lixo urbano em aterros

sanitários:

Energia

Combustível (gás metano)

Fontes geotérmicas

Energia solar

Energia eólica

Gaseificação dos carvões minerais

Síntese de combustíveis a partir de biomassa

Hidrelétricas

Operação de troca térmica

Processos criogênicos

Energia elétrica

Descrevendo sistemas e seu comportamentos

Definição de sistemas termodinâmicos: quantidade de matéria, com

massa e identidade fixas, sobre a qual nossa atenção é dirigida.

Identificar o objeto de análise

Aplicação das leis ou relações físicas

É tudo aquilo que desejamos estudar

Ex:

Corpo livre (sistema simples)

Refinaria química completa

(sistema complexo)

Vizinhanças

Fronteiras

Sistemas fechados

Sistemas abertos (Volume de Controle)

Sistemas isolados

Descrevendo sistemas e seu comportamentos

Alguns Conceitos e Definições

Pontos de vista macroscópico e Microscópico da termodinâmica:

Abordagem macroscópica: lida com o comportamento geral ou global;

Termodinâmica clássica

NÃO é utilizado modelo da estrutura da matéria em nível molecular,

atômica ou subatômica

Termodinâmica estatística: Caracterizar por meios estatísticos o

comportamento médio das partículas que compõem o sistema, e relacionar

essas informações com o comportamento macroscópico.

Aplicação envolvendo lasers

Escoamento de gases em alta velocidade

Cinética química

Criogenia

...

Qualquer característica de um sistema é chamada de propriedade;

Para descrever um sistema e prever seu comportamento é necessário o

conhecimento de suas propriedades e de como estas estão relacionadas;

É uma característica macroscópica de um sistema;

VOLUME, ENERGIA, PRESSÃO, TEMPERATURA

Um valor numérico pode ser atribuído em um dado tempo sem o

conhecimento do comportamento prévio (história) do sistema;

ESTADO refere-se a condição de um sistema como descrito por suas

propriedades.


Estado e propriedades termodinâmicas de um sistema

PROCESSO

Quando qualquer uma das propriedades de um sistema é alterada, ocorre

uma mudança de estado e diz-se que o sistema percorreu um processo.

Um PROCESSO é uma transformação de um estado a outro.

Se um sistema exibe o mesmo valor de suas propriedades em dois tempos

distintos, ele está no mesmo estado nesses tempos.

Processo em REGIME PERMANENTE: nenhuma das propriedades varia

com o tempo.

Processo em REGIME TRANSIENTE: uma ou mais propriedades

varia(am) com o tempo.


Propriedades Intensivas e Propriedades Extensivas:

Prop. Intensivas: são independentes da

massa de um sistema. T, P, r;

Prop. Extensivas: são valores que

dependem do tamanho (ou extensão) do

sistema. a massa total, o volume total e a

quantidade de movimento total.

As propriedades extensivas por unidade de

massa são chamadas de propriedades

específicas. volume específico, energia

total específica, ...


Fases: quantidade de matéria totalmente homogênea;

Quando mais de uma fase coexistem, estas se separam, entre si, pelas

fronteiras das fases.

Equilíbrio Termodinâmico

A Termo clássica enfatiza principalmente os estados de equilíbrio e as

mudanças de um estado de equilíbrio a outro. Logo o conceito de equilíbrio

é fundamental.

Se não ocorrem mudanças, o sistema está em equilíbrio (estado de

equilíbrio).

Equilíbrio térmico;

Equilíbrio mecânico;

Equilíbrio de potenciais químicos (equilíbrio químico)


Medindo:

Massa

Comprimento

Tempo

Força

Temperatura

...


Sistemas de unidades

Densidade e massa específica

Densidade: mede o grau de concentração de massa em determinado volume;

Massa específica: embora definida de forma análoga à densidade, contudo

para um material e não um objeto, é propriedade de uma substância, e não de

um objeto. Supõe-se pois que o material seja homogêneo e isotrópico ao

longo de todo o volume considerado para o cálculo, e que este seja maciço.

Para regiões monofásicas no diagrama PV existe uma relação

envolvendo P, V e T que pode ser representada por:

, , 0f P T V

A Equação (1) pode ser resolvida para qualquer uma das três

variáveis P, V ou T como função das outras duas.

(1)

EQUAÇÃO DE ESTADO

Definição É uma relação funcional entre a pressão, a temperatura, o

volume e a composição.

Importância Densidades das fases líquidas e vapor;

Relações de equilíbrio líquido-vapor em altas

pressões;

Propriedades residuais;

Propriedades termodinâmicas de substâncias

puras e de misturas;

Pressão de vapor e entalpia de vaporização;

Propriedades críticas de misturas.

Equação de estado Função de estado: relaciona todas as propriedades de um sistema em

estado de equilíbrio (equação de estado).

Se um estado do sistema é determinado por pressão P, volume V e

temperatura T, a equação de estado pode ser escrita na forma implícita

como: f(P,V,T) = 0

Logo, pode-se apresentar qualquer uma das três variáveis como uma função

explícita das outras duas variáveis, ou seja: P=P(V,T); V=V(P,T); T=T(P,V)

Ex: equação de estado de um gás ideal (comportamento PVT)

Equação de estado Ex: equação de estado de um gás real (comportamento PVT)

Isotermas para um gás de van der Waals.

T P

V VV dP dT

P T

(2)

As derivadas parciais na Equação (2) são grandezas

mensuráveis, sendo definidas por:

1

P

V

V T

Expansividade Volumétrica

Compressibilidade Isotérmica

(3)

1

T

Vk

V P

(4)

Substituindo as Equações (3) e (4) na Equação (2), encontra-se

que: dV

dT kdPV

(5)

Para líquidos reais (pequenas variações da pressão e da

temperatura) f(T) e k f(T). Assim:

22 1 2 1

1

lnV

T T k P PV

(6)

Fluido incompressível, = 0 e = 0.

Ex

d

Equação de estado

Energia

Energia cinética;

Energia potencial;

Energia química;

energia térmica;

...

Calor e trabalho.

---Propriedades extensivas

w = -PextdV

Processo isotérmico;

Processo isobárico;

Processo isocórico.

Diagrama PV

Energia

[slide 1] termodinâmica

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