O documento discute os principais conceitos da termodinâmica, incluindo: (1) volume de controle e propriedades termodinâmicas como pressão e temperatura; (2) primeira lei da termodinâmica sobre conservação de energia; (3) segunda lei da termodinâmica sobre entropia e impossibilidade de transformar totalmente calor em trabalho.

1. 1
Definição: a termodinâmica estuda as relações entre calor e trabalho e as propriedades das
substâncias que interagem nestas relações
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Volume de Controle
Região do espaço limitada por uma superfície (real ou imaginária), pela qual passa energia na forma de
calor e trabalho.
Trabalho
Trabalho transferido para dentro ou para fora do volume de controle por meio de um eixo.
Ex..:trabalho que move uma bomba hidráulica.
Trabalho realizado através do movimento da fronteira do volume de controle.
Ex..: pistão se movimentando dentro de um cilindro.

2. 2
Gás
Compressão
Trabalho
Fronteira
móvel
Gás
Trabalho
Expansão
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Calor
Forma de energia que se transfere entre dois pontos, devido a uma diferença de temperatura entre
eles.
ü Propriedades Termodinâmicas
a) Massa Específica (ρ ) ρ = m / V , [kg / m3 ]
b) Pressão (P) P = dF / dA , [N / m2]

3. 3
termodinâmica pressão absoluta
obs.: 1 atm = 105 Pa.
c) Temperatura (T)
Indica o potencial de troca de calor de um corpo.
Obs.: Tk = TºC + 273
d) Calor Específico ( c)
Propriedade do fluido que mede a energia necessária para elevar de 1 K a temperatura de uma massa
unitária de uma substância.
cp calor específico a pressão constante (kcal / kg ºC)
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Energia Interna
Relaciona-se com a troca de outras formas de energia entre uma substância que se encontra no interior
de um volume de controle e o meio.
Ex.: Panela com água no fogo.
Calor transferido para água eleva a energia interna de uma quantidade igual ao calor adicionado.
Medida feita a partir de um estado padrão, para o qual se convenciona que o valor da energia interna é
nulo.

4. 4
Princípio da Conservação de Energia:
m*c*( t - to) = m*( u - uo)
m: massa (kg)
c: calor específico (kcal / kg ºC)
t - to: temperatura (ºC)
Para to = 0 → uo = 0 e c = 1kcal /KgºC u = c*t
“ A energia interna da água no estado líquido é numericamente igual a sua temperatura, na escala
Celsius”.
Quando um gás é comprimido, o trabalho utilizado provoca um aumento na energia interna de uma
quantidade igual a sua energia.
W = m*( u - uo )
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
ü Entalpia
Soma das energias internas e de pressão em unidade de energia / unidade de massa.
h = u + p*v
p: pressão (N / m2)
V: volume específico (m3 / kg)

5. 5
ü Entropia
Substância troca calor com o meio ambiente
ë temperatura aumenta;
✏ ë temperatura diminui;
✏ ë temperatura permanece inalterada (mudança de estado).
Q+ calor que entra no sistema.
Q- calor que deixa o sistema.
∆∆∆∆S = òòòò dQ / T
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
ü Adota-se a temperatura medida na escala absoluta, de tal forma que o calor seja sempre positivo,
independente do sentido das trocas de calor.
Se T é positivo calor entropia aumenta
calor entropia diminui
Estados de uma substância Pura
Ex..: água p = 1 atm tv = 100ºC
p = 10 atm tv = 179ºC
p = 100 atm tv = 309ºC

6. 6
Para cada pressão, tomando-se como base a temperatura de vaporização, cinco situações
diferentes são definidas:
(1)
Líquido sub-
resfriado
A água, a p = 1atm, vaporiza a 100ºC. Qualquer temperatura
abaixo desta define o estado sub-resfriado, desde que ela
permaneça líquida.
Ex. .: Água p = 1 atm t = 30ºC
(2)
Líquido saturado
Início da vaporização a uma determinada pressão. Água
totalmente no estado líquido, sendo que qualquer quantidade
adicional de energia provocará mudança de fase.
Ex..: Água p = 1 atm t = 100ºC
Líquido + vapor
Ex..: Líquido e vapor de água a 1 atm e t = 100ºC
Vapor saturado
úmido
(3)
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

7. 7
(4)
Vapor saturado
(5)
Vapor superaquecido
Final da vaporização na mesma pressão em que se iniciou .
Ex.: Vapor dágua a 1atm e t = 100ºC.
Quando se aquece o vapor saturado acima de sua
temperatura de vaporização, sem alterar a sua pressão.
Ex.: vapor dágua e 1 atm e t= 120ºC.
Primeira lei da Termodinâmica
Princípio da conservação de energia:
“ A somatória das energias que entram num volume de controle, menos a somatória das energias que
saem, é igual à variação de energia que ocorre dentro do volume de controle.”
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

8. 8
Fronteira do VC
Volume de
Controle
(uf - ui)
Calor Qe
Trabalho We
massa me
Calor Qs
Trabalho Ws
massa ms
Ee - Es = uf - ui
( )
iiff
ss
s
sssee
e
eee
ss
V
ssss
ee
e
eeee
umum
hzg
V
mWQhzg
V
mWQ
hzgmWQE
hzg
V
mWQE
s
×−×
=÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+×+×−−−÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+×+×++
+×+×++=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+×+×++=
22
2
22
2
2
2
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

9. 9
Volume de controle aberto em regime permanente
Regime permanente: propriedades internas ao VC permanecem inalteradas ao longo do tempo.
não há variação da energia interna: uf = ui
não há variação da massa: mf = mi
mi * (uf - ui) = 0
Qe + We + me x (Ve
2 /2) + g x ze + he = Qs + Ws + ms x (Vs
2 /2 + g x zs + hs)
Processos de aquecimento e de resfriamento
A variação de energia cinética e da energia potencial são desprezíveis em função da variação da
entalpia, do trabalho realizado ou do calor trocado.
Ainda, se nenhum trabalho de máquina é realizado
W = 0 ( )es hhmQ −×=
5
42 3
1
V esp (m3 / kg)
Temperatura
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

10. 10
Entropia aumenta quando um corpo ganha calor e diminui quando ele perde calor.
Líquido sub resfriado vapor superaquecido
entropia aumenta
“ Aumento da entropia representa a evolução da matéria no
sentido de um estado mais desorganizado ou de maior liberdade.”
Diagrama Temperatura / Volume Específico
V (volume m3/kg
específico)
P = 200
P = 20
P = 2
P = 0,2
T (ºC)
tv4
tv3
tv2
tv1
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

11. 11
Segunda Lei da Termodinâmica
ü Primeira lei : não impõe nenhuma restrição quanto ao sentido em que as transformações ocorrem .
Ex. : Calor transferido de uma fonte fria para uma fonte quente.Calor provocado pela frenagem de um
veículo. Pode voltar para o motor e se transformar em movimento.
ü Segunda lei : quando se deseja transportar calor de uma fonte fria para uma fonte quente, em uma
máquina cíclica, necessita-se realizar um trabalho (proveniente de uma fonte externa).
Ex. : geladeira .
Condensador
Calor Qcd
Calor Qe
Evaporador
(4)
(3)
(1)
(2)
compressor
Válvula de
Expansão
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

12. 12
ü Válvula de Expansão: líquido saturado ao passar pela VE, sofre uma brusca queda de pressão
sofrendo uma vaporização.
ü Evaporador: na saída da válvula, dependendo do fluído, a temperatura é inferior à do ambiente, e o
fluído indica um processo de troca de calor com o ambiente, retirando calor deste.
ü Compressor: o fluido refrigerante, em baixa pressão e temperatura, passa por uma compressão
para voltar ao estado inicial e reiniciar o ciclo de refrigeração.
ü Condensador: vapor e, alta temperatura, no estado superaquecido . Nesta etapa, o vapor cede calor
para o meio externo e, consequentemente, condensa.
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

13. 13
CICLO DE CARNOT
a) máquina térmica
Reservatório quente
Adiabático
(Bomba) Turb.
T1 → T2
Gerador de vapor
isotérmico
(Bomba) Turb.
T2 → T1
Condensador
isotérmico
Reservatório frio
q
q
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

14. 14
Aparelho de Ar CondicionadoAparelho de Ar CondicionadoAparelho de Ar Condicionado

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Self-ContainedSelfSelf--ContainedContained

16. 16
TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Usina de Piratininga

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TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica

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TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica
Bacia do Alto Tietê