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Curso de Termodinâmica Aplicada
Prof. Luís Mauro Moura  Curso de Engenharia
Mecânica - CEM  Pontifícia Universidade Católica
do Paraná - PUCPR   Telefone (41)
3271-1341   e-mail    Luis.moura_at_pucpr.br Engen
heiro Mecânico formado pela UFSC em 1990 com
mestrado em Ciências Térmicas também pela UFSC em
1993. Realizou doutorado No Institut de Sciences
Appliquées de Lyon, INSA de Lyon - França na área
de Ciências Térmicas e Energia, com obtenção em
1998. Iniciou a carreira docente em 1999 na
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
(PUCPR) onde hoje é professor Titular. Trabalha
com pesquisa na área de Ciências Térmicas e
Aproveitamento de Energia, onde possui até o
primeiro semestre de 2006, 13 orientações de
mestrado e 11 orientações de iniciação
científica. Orienta atualmente 3 alunos de
doutorado e 4 alunos de mestrado. Exerceu o
cargo de Diretor do curso de Engenharia Mecânica
da PUCPR entre os anos de 2001 e 2006 e é
atualmente o secretário da Regional Paraná da
Associação Brasileira de Ciências Mecânicas.
Pertence Conselho do Centro de Ciências e
Tecnologia da PUCPR e Conselho Universitário da
PUCPR.(CONSUN, CAMGRAD). Professor do Programa
de Formação em Motores e Combustíveis desde a
primeira turma.

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(No Transcript)
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Bugatti - Veyron 16.4
www.autoblog.it
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Histórico

• Termodinâmica
• THERME Calor
• DYNAMIS Potência, força

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www.df.ufscar.br/Termodinamica.pdf
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www.df.ufscar.br/Termodinamica.pdf
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www.df.ufscar.br/Termodinamica.pdf
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• Antoine-Laurent de Lavoisier (Paris, 26 de agosto
  de 1743 Paris, 8 de maio de 1794) foi um
  químico francês, considerado o criador da Química
  moderna.
• Foi o primeiro cientista a enunciar o princípio
  da conservação da matéria. Além disso identificou
  e batizou o oxigênio.
• Os trabalhos de Lavoisier assinalam, no século
  XVIII, o início da Química moderna.
• Escreveu um grande Tratado Elementar de Química,
  assumindo a inspeção nacional das companhias de
  fabricação de pólvora e foi arrecadador de
  impostos, cargo pelo qual foi guilhotinado
  durante o período de Terror durante a Revolução
  Francesa.
• Além de químico, Lavoisier também foi um
  financista.
• Afirmava nesta teoria que o calor era uma
  substância elástica, indestrutível e imponderável
  que os materiais libertavam, aquecendo-os tendo
  origem no fogo. No entanto esta teoria nunca foi
  muito bem aceite, sendo contestada desde a sua
  apresentação.

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Benjamin Thompson (Conde de Rumford),
Massachusetts (1753 - 1814) Foi aprendiz numa
loja, professor a tempo parcial, ginasta e
estudante de medicina, interessando em máquinas
elétricas. Aos 18 anos casou-se com uma senhora
viúva muito rica de 30 anos e decidiu tornar-se
um cavalheiro militar e fazendeiro. Atuou como
agente secreto a favor da Inglaterra e em 1776
prudente mudar-se para lá e retomando assim os
seus interesses científicos. Em 1782, voltou para
a América tendo cumprindo o seu papel como
soldado na guerra que iria terminar no ano
seguinte. Foi nomeado Sir por George III e
indicado como Conselheiro do Governador da
Bavária reformulando as condições do exército,
estabelecendo serviços de assistência social para
os pobres. Ganhou assim o título de Conde de
Rumford e muito prestígio entre a sociedade.
Permaneceu durante 14 anos, altura em que se
mudou para Londres, em 1798. Mudou-se para Paris
em 1805 e casou-se com Marie Lavoisier, viúva do
seu famoso rival das suas teorias sobre o
calor. No entanto, as freqüentes brigas e
desentendimentos levam o casal ao divórcio. Morre
a 1814 com 61 anos. Quando dois corpos dotados
de temperaturas diferentes são postos em contato,
ambos tendem a alcançar uma temperatura de
equilíbrio, situada entre os dois valores
iniciais o corpo mais quente se torna mais frio
e, reciprocamente, o mais frio se aquece. Durante
muito tempo, explicou-se esse fenômeno atribuindo
aos corpos a posse de uma substância a que se
chamava calórico. Um corpo a alta temperatura
conteria muito calórico, ao passo que outro a
baixa temperatura conteria pouco. Assim, quando
dois objetos nessas condições eram colocados em
contato, o mais rico em calórico transferiria uma
parte dele para o outro. Tal teoria era capaz de
explicar satisfatoriamente muitos fenômenos
físicos, como por exemplo a condução do calor. A
idéia de que o calor é uma substância não podia,
contudo, resistir às evidências em contrário que
começaram a surgir no fim do século XVIII foi,
assim, substituída pela concepção de que o calor
é uma forma de energia esse feito deveu-se
principalmente a Benjamin Thompson, o conde
Rumford. Thompson trabalhava para o governo da
Baviera, como supervisão na fabricação de canhões
para o Exército. Esse trabalho era executado
cavando-se um orifício no interior de um cilindro
maciço de ferro. Durante o processo, o ferro se
aquecia, e o orifício era então mantido cheio de
água. Mas a água fervia, precisando ser
periodicamente substituída ora, na época
aceitava-se a hipótese de que, para fazer a água
ferver, era necessário fornecer-lhe calórico.
Portanto, segundo as concepções vigentes, havia
uma transferência aparentemente ininterrupta de
calórico do ferro para a água. Tentava-se
explicar o fato pela hipótese de que, quanto mais
finamente dividido um material, menor sua
capacidade em reter calórico. Thompson, porém,
observou que a água fervia mesmo depois que as
ferramentas perdiam seu corte, e não mais eram
capazes de subdividir o metal do canhão. Além
disso, esse mecanismo não obedecia a um princípio
que justifica a aceitação de muitas idéias
abstratas em física o princípio da conservação.
De fato, neste caso havia duas quantidades que
não se conservavam a energia mecânica, que devia
ser continuamente despendida, e o calórico, que
era incessantemente criado. Após realizar uma
série de experiências e tentar explicá-las a
partir da teoria do calórico, Thompson resolveu
tentar outro caminho. Em 1798, comunicou à Royal
Society inglesa que " ... raciocinando sobre esse
assunto, não devemos nos esquecer de considerar
circunstância mais notável, ou seja, a de que a
fonte de calor gerado por atrito, nessas
experiências, era visivelmente inexaurível...
parece ser extremamente difícil, se não realmente
impossível, formar uma idéia definida de alguma
coisa capaz de ser excitada e transmitida na
maneira pela qual o calor era excitado e
transmitido nessas experiências, a menos que essa
coisa seja movimento".
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Um Experimento de Benjamin Thompson
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Joule e seu experimento
A quantidade de calor necessária para elevar de
1F uma libra de água equivale ao trabalho
mecânico capaz de erguer 772 libras à altura de 1
pé 1cal4,8 J
JOULE, James Prescott (1818 1889)
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A primeira locomotiva a vapor foi construída por
Richard Trevithick e fez o seu primeiro percurso
em 21 de Fevereiro de 1804.
Richard Trevithick (13 de Abril de 1771 - 22 de
Abril de 1833) foi um inventor britânico nascido
em Illogan, Cornwall. Trevithick foi um pioneiro
cujas invenções eram avançadas demais para a sua
época além das locomotivas, construiu barcos a
vapor, máquinas de debulhar e de dragar, no
entanto nunca conseguiu investidores que o
ajudassem a desenvolver as suas invenções. Em
1816, Trevithick mudou-se para o Peru para
trabalhar como engenheiro nas minas e construir
locomotivas que as servissem. Apesar do suceeso
inicial, o começo da guerra civil em 1826
forçou-o a voltar a Inglaterra sem um
tostão. Apesar do seu génio inventivo, Trevithick
morreu na pobreza e na obscuridade e os seus
inventos muito pouco reconhecidos.
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Termodinâmica e suas aplicações
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Refrigeração
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Condicionador de Ar Automotivo
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Bancada experimental
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Geração de Energia
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Sistemas de Vapor
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Cap. 1 - Conceitos introdutórios e definições

• Sistema, Meio, Fronteira
• Sistema fechado e Volume de controle

Sistema fechado com as válvulas fechadas
Volume de controle ou sistema aberto
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Conceitos introdutórios e definições

• Propriedade, Estado, Processo
• Propriedades intensivas e propriedades
  extensivas
• Densidade, pressão, temperatura, energia
  específica.
• Massa, volume, energia.
• Ciclo termodinâmico
• Regime permanente ou estado estacionário
• Fase (comp. quím. e física hom.) e Substância
  pura (comp. Quím. hom.).

• Água e gelo é substância pura?
• Ar é substância pura?

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Equilíbrio

• Um estado de um sistema é um estado de equilíbrio
  se ele tende a permanecer depois que as
  interações entre o sistema e o meio são
  interrompidas (isolado).

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Processo de não-equilíbrio e processo de
quase-equilíbrio
Processo de não-equilíbrio
Processo de quase-equilíbrio
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Processo de não-equilíbrio
www.martinoauto.it
www.castrol.com/castrol
www.mailxmail.com/curso/vida/motoresdecombustion
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• Densidade e volume específico kg/m3 - m3/kg
• Pressão Pa, bar, lbf/in2,...
• Equilíbrio térmico e temperatura
• K, C, R, F

www.qmc.ufsc.br/
Lei Zero da Termodinâmica
www.feiradeciencias.com.br
web.unido.it
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Temperatura Absoluta
www.qmc.ufsc.br
curvas isobáricas de Charles (Jacques Charles,
1746- 1823) Joseph-Louis Gay-Lussac um gás
teria um volume nulo (zero) se a temperatura for
de -273,15 C. Como qualquer volume menor do que
isso é impensável, então pode-se concluir que
esta temperatura é a menor possível de ser
atingida. Esta temperatura é chamada de zero
absoluto. A escala absoluta da temperatura foi
desenvolvida (mais tarde) por Lord Kelvin e é
conhecida, hoje, como Escala Kelvin. Nesta
escala, -273,15 C corresponde a 0 K. A
temperatura de fusão do gelo, então, é de 273,15
K, e a de ebulição da água é de 373,15 K. A
conversão entre as escalas pode ser feita
conforme a expressão abaixo T(K) T(C) - 273,15
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Leis Principais da Termodinâmica

• A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando
  dois corpos têm igualdade de temperatura com um
  terceiro corpo, eles têm igualdade de temperatura
  entre si. Esta lei é a base para a medição de
  temperatura.
• Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto
  quantitativo de processos de conversão de
  energia. É o princípio da conservação da energia
  e da conservação da massa, agora familiar,  "A
  energia do Universo é constante".
• A Segunda Lei da Termodinâmica determina o
  aspecto qualitativo de processos em sistemas
  físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa
  direção mas não podem ocorrer na direção oposta.
  Enunciada por Clausius da seguinte maneira "A
  entropia do Universo tende a um máximo".
• A Terceira Lei da Termodinâmica estabelece um
  ponto de referência absoluto para a determinação
  da entropia, representado pelo estado derradeiro
  de ordem molecular máxima e mínima energia.
  Enunciada como "A entropia de uma substância
  cristalina pura na temperatura zero absoluto é
  zero". É extremamente útil na análise
  termodinâmica das reações químicas, como a
  combustão, por exemplo.

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Cap. 2 Energia e a Primeira Lei

• A etimologia da palavra tem origem no idioma
  grego, onde e???s (ergos) significa "trabalho". A
  rigor é um conceito primordial, aceito pela
  Física sem definição, se refere "ao potencial
  inato para executar trabalho ou realizar uma
  ação"
• Formas de energia pode ser armazenada,
  transferida ou convertida. A quantidade total é
  conservada (Princípio da Conservação da Energia).
• Unidade joule JN.mkg.m2/s2
• - Energia cinética
• - Energia potencial
• (ou gravitacional)
• - Energia química, ....

galileu.globo.com
www.fisica-potierj.pro.br
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Princípio da Conservação da Energia
Joule Não perderei tempo repetindo e estendendo
essas experiências, pois estou seguro de que os
grandes agentes da natureza são indestrutíveis,
pelo fiat do Criador e que quando se gasta poder
mecânico, obtém-se sempre um calor exatamente
equivalente.
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Trabalho
Chutador de retaguarda www.humornaciencia.com.b
r
Q W
30
Trabalho
31
Trabalho
32
Trabalho
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Calor

• Energia em transito devido unicamente à diferença
  de temperatura e que não está associado à
  transferência de massa
• Processo adiabático
• Taxa de transferência de calor

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Primeira Lei
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Cap. 3 Propriedades Termodinâmicas

• Propriedades de substâncias puras

Substância impura
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A Superfície p-v-T
Subst. que expande quando solidifica
Subst. que contrai quando solidifica
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Projeções da Superfície p-v-T
Subst. que expande quando solidifica
Subst. que contrai quando solidifica
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Projeções da Superfície p-v-T
Subst. que expande quando solidifica
Subst. que contrai quando solidifica
43
Mudança de fase
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P-v
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A propriedade título
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Gás ideal

• Lei de Boyle
• processo isotérmico (Tcte)
• Lei de Charles
• processo isocórico (Vcte)
• 2 Lei de Charles
• processo isobárico (pcte)
• Faixa de Validade

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Fator de compressibilidade
Faixa de validade Trgt2.0 Prlt0.1 ou 0.01
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O Diagrama Generalizado de Compressibilidade
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Outras propriedades

• Entalpia
• Entalpia específica
• Calores específicos, cv e cp

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Gás ideal
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(No Transcript)
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cp para gases ideais
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A Segunda Lei da Termodinâmica
Pode qualquer processo acontecer?
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Pode qualquer processo acontecer?
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Pode qualquer processo acontecer?
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Usos da Segunda Lei
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Enunciado de Clausius
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Enunciado de Kelvin - Planck
59
Os corolários de Carnot
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O corolário de Clausius
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Equação de balanço de entropia para sistema
fechados
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Equações de balanço de entropia
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A escala Kelvin de temperatura