Módulo 1 - Aulas em pdf

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TERMODINÂMICA 
APLICADA I 
Professor: Neiton Carlos da Silva
neiton.silva@ufu.br 
mailto:neiton.silva@ufu.br
Módulo 1
INTRODUÇÃO
Termodinâmica Aplicada I
• SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M. 
Introdução à Termodinâmica da Engenharia 
Química, 7ª Edição. → CAPÍTULO 1.
• MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N. Princípios de 
termodinâmica para engenharia. 6. ed. Rio de 
Janeiro: Editora LTC, 2012 → CAPÍTULO 1
Referências da Aula 
3
INTRODUÇÃO À 
TERMODINÂMICA
Módulo 1
Termodinâmica Aplicada I
Definição de Termodinâmica
A palavra “Termodinâmica” deriva do Grego: 
thérme (calor) e dýnamis (movimento)
 
• “A termodinâmica é definida como o estudo de modificações na condição ou estado 
de uma substância quando modificações na sua temperatura, estado de agregação 
ou energia interna são importantes” (Sandler, “Chemical and Engineering
Thermodynamics”, 1999)
• Atualmente, o estudo da termodinâmica tem um espectro bastante abrangente, 
como ciência da ENERGIA e das relações entre as PROPRIEDADES da matéria.
Introdução à Termodinâmica
5
Termodinâmica e suas aplicações nas Engenharias
Introdução à Termodinâmica
6
Histórico do Estudo da Termodinâmica:
• Século XVII : Primeiras máquinas a produzir vácuo e 
construção da bomba de ar;
• Século XVIII e XIX : Revolução Industrial, necessidade 
de descrever a operação e desempenho das 
máquinas a vapor;
• Se expandiu com o uso de combustíveis fósseis, a 
invenção do motor de combustão interna, o motor 
elétrico, o motor a jato e vários outros tipos de 
motores;
• Atualmente está envolvida com o uso de fontes 
alternativas de energia, aproveitamento e otimização 
energética e desempenho dos mais variados 
equipamentos industriais.
Introdução à Termodinâmica
7
Princípio importante: conversão de ENERGIA em diferentes formas
• Quanta madeira é necessária para fazer o mesmo trabalho de um balde de 
carvão ou um balde de gasolina?
• Quanta energia elétrica é efetivamente aproveitada para acender uma 
lâmpada?
• Qual a eficiência de um novo tipo de combustível para movimentar um 
automóvel?
LEIS DA TERMODINÂMICA
Introdução à Termodinâmica
8
LEIS DA TERMODINÂMICA:
Calor (ou energia térmica) flui de um corpo quente para um corpo frio, 
espontaneamente até que se atinja um equilíbrio.
Lei Zero da 
Termodinâmica
Introdução à Termodinâmica
9
LEIS DA TERMODINÂMICA:
Energia não pode ser criada nem destruída, apenas convertida em outras formas.
Primeira Lei da Termodinâmica
Introdução à Termodinâmica
10
Nem sempre é possível transformar uma forma de 
energia completamente em outra !
Segunda Lei da Termodinâmica 
• Mostra qual transformação é possível e qual não é;
• Acaba com o conceito de “moto perpétuo”;
• Mostra a direção do tempo (t) ;
• É relacionada em outros campos do conhecimento, como a
teoria da informação, mecânica estatística, envelhecimento
humano, o funcionamento do cérebro, filosofia, etc.
Sem a 2ª Lei teríamos 
máquinas que reutilizariam 
indefinidamente a energia 
gerada por seu próprio 
movimento (Moto perpétuo) 
Introdução à Termodinâmica
11
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Boyle'sSelfFlowingFlask.png
Terceira Lei da Termodinâmica
ENTROPIA !
Introdução à Termodinâmica
Importante !
• As Leis da Termodinâmica não têm prova do ponto de vista matemático, sua 
validade está fundamentada na ausência de experimentos contrários.
• Essa leis levam, através de deduções matemáticas, a um conjunto de equações 
de grande aplicações nos campos da ciência e engenharia → 
TERMODINÂMICA APLICADA ! 
12
“A teoria que causa maior impacto é aquela de maior 
simplicidade de premissas, aquela que relaciona 
diferentes espécies de coisas e que tenha uma maior 
faixa de aplicação. Daí a profunda impressão que a 
termodinâmica clássica me causou. É a teoria única, 
em física, de conteúdo universal, e estou convencido 
de que, dentro de seus limites de aplicabilidade, 
nunca terá seus conceitos superados.” 
(Albert Einstein, 1949) 
Definição e Objetivos da Termodinâmica
13
DIMENSÕES E 
UNIDADES
Módulo 1
Termodinâmica Aplicada I
Dimensões e Unidades
• Em 1946, a Academia Francesa de Ciências propôs a definição de um novo sistema 
de unidades, conhecido como MKSA (metro, quilograma, segundo, ampère), que 
posteriormente, em 1960, se transformaria no SISTEMA INTERNACIONAL DE 
UNIDADES (SI).
Unidades base do 
Sistema 
Internacional (SI)
15
Prefixos e sufixos mais usados:
Dimensões e Unidades
16
Dimensões e Unidades
• Apesar da aplicabilidade do SI, existem outros sistemas de medidas que são 
comumente usados, como o CGS e o Sistema Inglês (FPS)
17
Dimensões e Unidades
• Apesar da aplicabilidade do SI, existem outros sistemas de medidas que são 
comumente usados, como o CGS e o Sistema Inglês (FPS)
18
Medidas de 
COMPRIMENTO
Unidade Símbolo Equivalência
metro (SI) m = 1 m
Bohr a0, b ~ 5,29177 · 10-11 m
Ångström Å = 10-10 m
Mícron µm = µm = 10-6 m
unidade x x ~ 1,002 · 10-13 m
polegada pol, in ou (") = 2,54 · 10-2 m
pé ft 1 ft = 12 pol = 0,3048 m
jarda jd = 3 ft = 0,9144 m
milha mi = 1760 jd = 1609,344 m
milha náutica m.n. = 1852 m = 6076,1 ft
milha geográfica m.g. = 1855 m = 6087,15 ft
unidade astronómica UA = 1,49600 · 1011 m
parsec pc ~ 3,085 68 · 1016 m
ano-luz a.l. ~ 9,4605284 · 1015 m
segundo-luz s.l. = 2,99792458 · 108 m
19
Medidas de MASSA
Unidade Símbolo Equivalência
quilograma kg = 1 kg
massa do elétron me ~ 9,10939 · 10-31 kg
dalton (massa atômica) Da, u.m.a. ~ 1,660540 · 10-27 kg
gamma Y = 1 Dalton
tonelada t = 103 kg
libra (avoirdupois) lb = 0,45359237 kg
onça (avoirdupois) oz ~ 28,3495 g
onça (troy) oz (troy) ~ 31,1035 g
grão gr = 64,79891 mg
Dimensões e Unidades
20
Unidade Símbolo Equivalência
segundo s 1 s
u. a. de tempo u.a.t. ~ 2,418 88 · 10-17 s
minuto min = 60 s
hora h = 3600 s
dia d = 86400 s (convencionado)
semana h = 7 dias
mês h = 30 dias (convencionado)
ano a ~ 31 556 952 s
svedberg Sv = ~ 10-13 s
Medidas de TEMPO
Dimensões e Unidades
21
TODOS OS TERMOS DE UMA EQUAÇÃO 
DEVEM TER AS MESMAS UNIDADES!!!
Conhecimento fundamental:
CONVERSÃO DE UNIDADES
TODOS OS TERMOS DE UMA EQUAÇÃO 
DEVEM TER AS MESMAS UNIDADES!!!
Conhecimento fundamental:
CONVERSÃO DE UNIDADES
Dimensões e Unidades
22
Dimensões e Unidades
Conversão de Unidades
Exemplo 1) 1257 g correspondem a quanto kg ? 
Convencional → Regra de Três 1 𝑘𝑔 = 1000 𝑔
𝑥 𝑘𝑔 = 1257 𝑔
𝑥. 1000 = 1.1257
𝑥 = 1,257 𝑘𝑔
Alternativa → Regra de Três “Horizontal”
1257 𝑔 . 
1 𝑘𝑔
1000 𝑔
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑔𝑎 .
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑣𝑎
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑔𝑎
= 𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑣𝑎
=
1257 . 1
1000 
𝑘𝑔 = 1,257 𝑘𝑔
23
Dimensões e Unidades
Ex (2) : 1 m/s corresponde a quantos km/h ?
1
𝑚
𝑠
 .
1 𝑘𝑚 
103 𝑚
.
3600 𝑠
1 ℎ
Ex (3) : 70 g/cm3 para kg/m3 
70
𝑔
𝑐𝑚3
 .
1 𝑘𝑔 
103𝑔
.
102 𝑐𝑚
1 𝑚
3
Ex (4) : 12530 g.in-1.h-1 para kg.m-1.s-1 ?
12530
𝑔
𝑖𝑛 . ℎ
 .
1 𝑘𝑔 
103𝑔
 .
1 𝑖𝑛 
0,0254 𝑚
 .
1 ℎ 
3600 𝑠
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑔𝑎 .
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑣𝑎
𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑔𝑎
= 𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑣𝑎
=
1 . 1 . 3600
1000 . 1 
𝑘𝑚
ℎ
 = 3,6 𝑘𝑚/ℎ
= 70
𝑔
𝑐𝑚3
 .
1 𝑘𝑔 
103𝑔
.
106 𝑐𝑚3
 13 𝑚3 =
70 . 1 . 106
103 . 1 
𝑘𝑔
 𝑚3
 = 70000 𝑘𝑔/𝑚3
= 
12530 . 1 . 1 . 1
103 . 0,0254 . 3600 
𝑘𝑔
𝑚. 𝑠
 = 0,137 𝑘𝑔. 𝑚−1. 𝑠−1
24
CONCEITOS 
IMPORTANTES
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
Força
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
FORÇA
• É o produto da massa pela aceleração:
• Sua unidade no SI é o Newton (N)
• Outras unidades: 
dina (D), libra-força (lbf), quilograma-força (kgf), poundle (pdl)
Conceitos Importantes
Isaac Newton
(1643-1727)
27
FORÇA
Conceitos Importantes
CONVERSÃO DE UNIDADES DE FORÇA
1 N = 105 dina
1 N = 0,1020 kgf
1 N = 0,2248 lbf
1 lbf = 4,48 N
1 lbf = 0,4536 kgf
1 lbf = 32,17 pdl
1 kgf = 2,205 lbf
1 kgf = 9,807 N
28
FORÇA
Observação: Como força e massa são conceitos diferentes,uma libra-força e uma 
libra-massa são grandezas diferentes e suas unidades não se cancelam 
mutuamente. Quando uma equação possui as duas unidades, lbm e lbf, a 
constante dimensional gc deve também aparecer na mesma para torná-la 
dimensionalmente correta.
Conceitos Importantes
𝐹 =
1
𝑔𝑐
𝑚. 𝑎
𝑔𝑐 = 9,80665 kg m kgf
−1s−2
𝑔𝑐 = 32,1740 lbm ft lbf
−1s−2
29
Pressão
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
PRESSÃO
• É relação entre a força normal F exercida por um sistema sobre uma área 
específica A
• Sua unidade no SI é o Pascal (Pa)
• Outras unidades: atm, bar, psi, torr, kgf/cm2
Conceitos Importantes
Blaise Pascal
1623-1662
31
PRESSÃO
Conceitos Importantes
CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO
1 bar = 105 Pa
1 atm = 1,013.105 Pa
1 bar = 0,9869 atm
1 kgf/cm2 = 9,81.104 Pa
1 psi = 1 lbf/in2 = 6894,76 Pa
1 torr = 133,32 Pa
1 atm = 10,33 m H20
1 atm = 760 mm Hg
32
PRESSÃO
• A maioria dos medidores de pressão 
fornece a chamada Pressão Relativa 
ou Manométrica, que é a diferença 
entre a pressão do interesse e do 
ambiente em que se encontram;
• Nos cálculos termodinâmicos devem 
ser sempre usada a PRESSÃO 
ABSOLUTA (soma da pressão relativa 
e pressão do ambiente – geralmente 
pressão atmosférica ou barométrica).
Conceitos Importantes
33
PRESSÃO
• Assim, a pressão relativa muitas vezes será obtida via manometria, 
enquanto que a pressão atmosférica é fornecida, dependendo da situação.
Conceitos Importantes
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑟𝑒𝑙 + 𝑃𝑎𝑡𝑚
𝜌. 𝑔. ℎ
Onde:
𝜌 : densidade
g : aceleração da gravidade
h : altura de coluna manométrica sobre o ponto 
34
Conceitos Importantes
Exemplo 1.2 Um manômetro de contrapeso, com êmbolo de 1 cm de diâmetro, é usado para medições 
precisas de pressão. Em uma situação particular, o equilíbrio é alcançado com uma massa de 
6,14 kg (incluindo o êmbolo e a plataforma). Se a aceleração local da gravidade é de 9,82 
m.s-2, qual é a pressão manométrica sendo medida ? Sendo a pressão barométrica igual a 
748 torr, qual é a pressão absoluta ?
Pág. 6
𝑃𝑚𝑎𝑛 =
𝐹
𝐴
=
𝑚. 𝑔
π. 𝐷2
4
=
6,14 . 9,82
π. 0,012
4
= 7,677. 105𝑃𝑎
1 torr = 133,32 Pa
Conversão de Unidades
748 𝑡𝑜𝑟𝑟 = 9,972. 104𝑃𝑎
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑚𝑎𝑛
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 9,972. 104 + 7,677. 105
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 867,42 𝑘𝑃𝑎
São dados : 𝑚 = 6,14 𝑘𝑔 𝐷 = 1 𝑐𝑚 = 0,01 𝑚 𝑔 = 9,82 𝑚. 𝑠−2
35
Temperatura
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
TEMPERATURA
Conceitos Importantes
• Uma das medidas básicas da Termodinâmica, 
uma vez que está associada com a 
quantidade de energia térmica que um 
sistema possui;
• No cotidiano, a medida e o controle da 
temperatura são muito importantes. Seja nas 
indústrias, em laboratórios e até mesmo nas 
residências, termômetros são utilizados para 
controlar e verificar a temperatura de uma 
vasta quantidade de objetos, em diferentes 
momentos e circunstâncias.
37
TEMPERATURA
Conceitos Importantes
Unidades de Medição de Temperatura
Sistema Internacional (SI):
➢ Kelvin (K)
Outras Unidades:
➢ Celsius (oC);
➢ Fahrenheit (oF);
➢ Rankine (oR);
➢ Dentre outras.
Willian Thomson, 
Lorde Kelvin (1824-1907)
Anders Celsius 
(1701-1744)
Daniel G. Fahrenheit 
(1686-1736)
William J. M. Rankine 
(1820-1872)
38
A conversão entre as 
escalas é comumente 
feita relacionando os 
pontos de 
congelamento e 
ebulição da água em 
cada escala.
Conceitos Importantes
Conversão de Escalas Termométricas
39
Conversão de Escalas Termométricas
Como calcular? Interpolação !
Conceitos Importantes
100 − 𝐶
100 − 0
=
212 − 𝐹
212 − 32
=
373 − 𝐾
373 − 273
40
Unidade Símbolo Equivalência
Kelvin K = 1 K
grau Celsius oC = K - 273,15
grau Fahrenheit oF = 1,8.C + 32
Rankine R = (5/9) K
Conversão de Escalas Termométricas
Conceitos Importantes
41
Medidas de TEMPERATURA TERMODINÂMICA
Zero Absoluto
Enquanto o zero 
absoluto é o limite 
inferior da medição 
de temperatura, 
não existe limite 
superior para a 
mesma !
Heike K. Onnes 
(1853-1926)
Conceitos Importantes
42
Calor e Trabalho
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
CALOR (Q)
• Forma de energia transferida entre dois sistemas (ou entre um sistema e 
suas vizinhanças) em virtude da diferença de temperatura, que é a força 
motriz da transferência de calor. Quanto maior a diferença de temperatura, 
maior a taxa de transferência de calor.
Conceitos Importantes
44
CALOR (Q) - Convenção de Sinais e Notação
• 𝑸 > 𝟎: energia na forma de calor adicionada ao sistema (pela vizinhança) ⇒ 
 “Seta entrando no sistema”
• 𝑸 𝟎: realizado sobre o sistema (pela vizinhança) ⇒ seta entrando no sistema. 
• 𝑾 0
Sistema recebe trabalho da vizinhança 
(Ex. Compressão de um gás)
Conceitos Importantes
47
TRABALHO (W)
Analisando o trabalho (W) realizado por um pistão sobre um fluido de volume total Vt : 
Conceitos Importantes
Sabendo que → 𝐹 = 𝑃 ∙ 𝐴 
 𝑙 = Τ𝑉𝑡 𝐴
𝑑𝑊 = −𝑃𝐴𝑑
𝑉𝑡
𝐴
 
𝐴=𝑐𝑡𝑒
 𝑑𝑊 = −𝑃𝑑𝑉𝑡
(1.2)
48
Energias Cinética e 
Potencial
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
ENERGIAS CINÉTICA (Ek) E ENERGIA POTENCIAL (EP)
Conceitos Importantes
Energia Cinética: 𝐸𝐾 =
𝑚𝑢2
2
 
Energia Potencial: 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔𝑧
ENERGIAS 
EXTERNAS
Princípio da Conservação de Energia Mecânica (sem a presença de atrito)
∆𝐸𝐾 + ∆𝐸𝑃 = 0
Onde: 
m = massa do objeto
u = velocidade do objeto
g = aceleração da gravidade
z = altura
50
Importante !
• A Unidade no Sistema Internacional para medição de ENERGIA (Calor, 
Trabalho, Energias Cinética e Potencial, etc.) é o JOULE (J)
Conceitos Importantes
Outras Unidades:
➢ Caloria (cal);
➢ Btu (Sistema Inglês);
➢ Pé-libra força (ft-lbf).
James Prescott Joule 
(1818-1889)
1 cal = 4,184 J 
1 Btu = 1055,04 J
1 ft-lbf = 1,3558 J
51
Importante !
• Em muitos cálculos, é comum calcularmos a taxa de 
transferência de energia (Energia/Tempo), expressa na 
forma de POTÊNCIA. 
• A Unidade no Sistema Internacional (SI) para medição de 
potência é o WATT (W)
Outras unidades : 
• kW (= 10³ W) , Btu/h, lbf.ft/h , HP (= 746 W).
Conceitos Importantes
James Watt 
(1736-1819)
52
Um elevador com massa de 2500 kg encontra-se em um nível 10 m acima da base do poço do 
elevador. Ele é elevado a 100 m acima da base do poço, onde o cabo de sustentação se rompe. O 
elevador cai em queda livre até a base do poço, onde colide com uma forte mola. A mola é projetada 
para desacelerar o elevador até o repouso e, por intermédio de um dispositivo de captura, mantê-lo 
na posição de máxima compressão da mola. Admitindo que não haja atrito no processo e 
considerando 𝑔 = 9,8 Τm 𝑠2, calcule: 
a) A energia potencial do elevador na sua posição inicial em relação à base do poço do elevador. 
b) O trabalho realizado para elevar o elevador. 
c) A energia potencial do elevador na posição mais elevada em relação à base do poço. 
d) A velocidade e a energia cinética do elevador no instante anterior à sua colisão com a mola. 
Exemplo 1.4
Pág. 10
Conceitos Importantes
53
Um elevador com massa de 2500 kg encontra-se em um nível 10 m acima da base do poço do elevador. 
Ele é elevado a 100 m acima da base do poço, onde o cabo de sustentação se rompe. O elevador cai 
em queda livre até a base do poço, onde colidecom uma forte mola. A mola é projetada para 
desacelerar o elevador até o repouso e, por intermédio de um dispositivo de captura, mantê-lo na 
posição de máxima compressão da mola. Admitindo que não haja atrito no processo e considerando 
𝑔 = 9,8 Τm 𝑠2, calcule: 
Exemplo 1.4
Pág. 10
São dados :
𝑚 = 2500 𝑘𝑔
𝑔 = 9,8 𝑚. 𝑠−2
10 m
1
100 m
2 3
Conceitos Importantes
54
a) A energia potencial do elevador na sua posição inicial em relação à base do poço 
do elevador. 
Exemplo 1.4
Pág. 10
10 m
1
𝐸𝑃1 = 𝑚. 𝑔. 𝑧1 = 2500.9,8.10 = 2,45. 105 𝐽
b) O trabalho realizado para elevar o elevador. 
𝑑𝑊 = 𝐹𝑑𝑙
𝑊 = න
𝑍1
𝑍2
𝑚𝑔 𝑑𝑙
𝑊 = 2500.9,8. 100 − 10 = 2,205. 106 𝐽
Conceitos Importantes
55
c) A energia potencial do elevador na posição mais elevada em relação à base do 
poço. 
d) A velocidade e a energia cinética do elevador no instante anterior à sua colisão com a mola. 
Princípio da Conservação de 
Energia
Exemplo 1.4
Pág. 10
𝐸𝑃2 = 𝑚. 𝑔. 𝑧2 = 2500.9,8.100 = 2,45. 106 𝐽
𝐸𝑘3 = 𝐸𝑃2
𝐸𝑘3 = 2,45. 106 𝐽
𝐸𝑘3 =
𝑚. 𝑣3
2
2
2,45. 106 =
2500. 𝑣3
2
2
𝑣3 = 44,27 𝑚/𝑠
Conceitos Importantes
56
SISTEMAS 
TERMODINÂMICOS
Módulo 1
Termodinâmica Aplicada I
• Sistema é definido como tudo aquilo que desejamos estudar;
• Assim, o sistema é o objeto de análise do estudo termodinâmico. Pode ser 
tão simples como um líquido em um tubo de ensaio ou extremamente 
complexo como uma planta industrial inteira.
Sistemas Termodinâmicos
58
• Vizinhanças é considerado tudo o que é externo ao sistema;
• Assim, o sistema é separado de suas vizinhanças por uma fronteira especificada, 
que pode ser real ou imaginária, estar em movimento ou repouso;
• A fronteira deve ser definida cuidadosamente ANTES de se proceder a qualquer 
análise termodinâmica. Sua definição é arbitrária e dever ser feita pela conveniência 
da análise a ser realizada;
• Uma região delimitada por uma fronteira prescrita é comumente denominada 
volume de controle;
• As interações entre o sistema e suas vizinhanças que ocorrem através da fronteira 
são uma parte importante do estudo da Termodinâmica, daí a importância de sua 
definição adequada.
Sistemas Termodinâmicos
59
TIPOS DE SISTEMAS
• SISTEMA ABERTO: Matéria e energia atravessam as 
fronteiras do sistema continuamente;
• SISTEMA FECHADO: Apresenta quantidade fixa de 
matéria, ou seja, não há entrada nem saída de massa 
do sistema. Energia na forma de Calor (Q) e Trabalho 
(W) atravessam as fronteiras do sistema;
• Se em um sistema fechado não há troca de calor (Q) 
com as vizinhanças, o mesmo é definido como 
SISTEMA ADIABÁTICO.
• Se não existe interação alguma do sistema fechado 
com as vizinhanças, o mesmo é chamado então de 
SISTEMA ISOLADO.
Sistemas Termodinâmicos
Fronteira
Exemplo de sistema fechado
60
Variação de energia
Sistema fechado
W
Q
Variação de energia 
e massa
Sistema aberto
W
Q
mentra
msai
TIPOS DE SISTEMAS
Sistemas Termodinâmicos
61
Sistema isolado
Variação de energia
Sistema adiabático
W
TIPOS DE SISTEMAS
Sistemas Termodinâmicos
62
Os Sistemas Termodinâmicos também podem ser estudados sob dois pontos 
de vista distintos:
• MICROSCÓPICO - tratamento que leva em conta a estrutura da matéria. É chamada 
de termodinâmica ESTATÍSTICA. O objetivo é caracterizar por meios estatísticos o 
comportamento médio das partículas e relacioná-lo com o comportamento 
macroscópico do sistema.
• MACROSCÓPICO - trata do comportamento global, inteiro do sistema. Nenhum 
modelo de estrutura molecular, atômica ou subatômica é utilizado diretamente. 
Este tratamento é o aplicado na TERMODINÂMICA CLÁSSICA. O sistema é tratado 
como um contínuo.
Sistemas Termodinâmicos
63
• PROPRIEDADE: características MACROSCÓPICAS de um sistema, como MASSA (m), 
VOLUME (V), PRESSÃO (P), TEMPERATURA (T) e ENERGIA (E);
• ESTADO: Condição de um sistema, como descrito por suas propriedades. Pode ser 
especificado fornecendo-se um subconjunto de propriedades;
• 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 para outro.
Sistemas Termodinâmicos
64
• Estado estacionário ou permanente: os valores de todas as variáveis no 
processo não variam com o tempo, excetuando possíveis flutuações menores 
em torno de valores médios constantes.
• Estado transiente ou não-estacionário: qualquer variável do processo muda 
com o tempo.
Sistemas Termodinâmicos
65
• SUBSTÂNCIA PURA: é invariável em composição química. Pode existir em mais de 
uma fase
• FASES:
• Designa o estado de aglomeração (gás, líquido ou sólido). Uma dada massa de 
água, por exemplo, pode existir sob várias formas (sólida, líquida e gasosa).
• Uma fase é uma região homogênea da matéria. Exemplo: um gás ou uma mistura 
de gases, um líquido ou uma solução líquida e um sólido cristalino.
• Quando duas ou mais fases coexistem, estas se separam entre si por meio de 
interfaces que são fronteiras entre as fases.
• Uma fase pode existir a várias pressões e temperaturas ou, usando a 
terminologia da termodinâmica, em vários estados.
Sistemas Termodinâmicos
66
• EXTENSIVAS: Dependem do tamanho e extensão do sistema ou seja seu valor para 
o sistema inteiro é a soma dos valores das partes em que o mesmo foi subdividido. 
Exemplo: massa, energia, volume, entalpia.
• INTENSIVAS: Não são aditivas ou seja seus valores não dependem do tamanho e 
extensão do sistema. Exemplo: temperatura, pressão, massa específica, 
capacidade calorífica.
A divisão de duas propriedades extensivas leva a uma 
propriedade intensiva
A divisão de duas propriedades extensivas leva a uma 
propriedade intensiva
Sistemas Termodinâmicos
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• Exemplo: considerando uma porção de matéria com temperatura uniforme 
composta de várias partes, como ilustrado (a). A massa é o conjunto das massas 
das partes, e o volume total é a soma dos volumes das partes (b). Entretanto, a 
temperatura do todo não é a soma da temperatura das partes; é a mesma para 
cada parte. A massa e o volume são propriedades extensivas, mas a temperatura 
é uma propriedade intensiva.
Sistemas Termodinâmicos
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Como resolver os 
problemas de 
Termodinâmica?
Termodinâmica Aplicada I
Módulo I
1. Enunciado do problema: leia o problema, pense bem a 
respeito dele e identifique as informações fornecidas e as 
grandezas a serem determinadas.
2. Esquema: faça um rascunho do sistema físico envolvido e 
relacione todas as informações relevantes.
3. Hipóteses e aproximações: enuncie todas as hipóteses 
apropriadas e aproximações feitas para simplificar o 
problema e possibilitar uma solução. Justifique as hipóteses 
questionáveis.
Como resolver os problemas de Termodinâmica?
Resolvendo Problemas de Termodinâmica
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4. Leis da física: aplique todas as leis e princípios 
básicos relevantes da física (como a conservação 
da massa), e reduza-os a suas formas mais 
simples utilizando as hipóteses;
5. Propriedades: determine as propriedades 
desconhecidas em estados conhecidos e 
necessários para solucionar o problema, por 
meio de relações ou tabelas de propriedades. 
Relacione as propriedades separadamente e 
indique as fontes, se for o caso.
Como resolver os problemas de termodinâmica?
Resolvendo Problemas de Termodinâmica
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6. Cálculos: substitua as grandezas conhecidas nas relações simplificadas e execute os 
cálculos para determinar as incógnitas. Cuidado com as unidades! Não dê uma 
ideia falsa de alta precisão, copiando todos os algarismos da calculadora – 
arredonde os resultados até um número apropriado de algarismos significativos.
Calculadora é fundamental em Termodinâmica, mas não é mais importante 
que o cérebro !!!
Como resolver os problemas de termodinâmica?
Resolvendo Problemas de Termodinâmica
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7. Raciocínio, verificação e discussão:
• Verifique se os resultados obtidos são razoáveis e intuitivos e analise a validade 
das hipótesesquestionáveis. Repita os cálculos que resultaram em valores pouco 
razoáveis.
• Indique o significado dos resultados e discuta suas implicações.
OBS: a limpeza, organização, inteireza e aparência visual são da maior importância 
para o máximo de efetividade !
Como resolver os problemas de termodinâmica?
Resolvendo Problemas de Termodinâmica
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LISTA DE EXERCÍCIOS 1
SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M. Introdução à Termodinâmica 
da Engenharia Química, 7ª Edição. → CAPÍTULO 1.
Disponível no Moodle
LISTA DE EXERCÍCIOS
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	Slide 63: Enfoques: macro e microscópico
	Slide 64: Propriedade, Estado e Processo
	Slide 65: Classificação de um processo
	Slide 66: Substância Pura e Fase
	Slide 67: Propriedades Extensivas e Intensivas
	Slide 68: Propriedades Extensivas e Intensivas
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	Slide 70: Como resolver os problemas de Termodinâmica?
	Slide 71: Como resolver os problemas de termodinâmica?
	Slide 72: Como resolver os problemas de termodinâmica?
	Slide 73: Como resolver os problemas de termodinâmica?
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