Termodinamica Aplicada - Aula 1 - Introducao e Conceitos Basicos

Termodinâmica Aplicada Aula 1 Apresentação da disciplina e conceitos introdutórios Curso de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia2025 Profa Dra Valéria C R Sarnighausen ORGANIZAÇÃO 1 Apresentação programa de ensino Avaliações material de apoio 2 Conceitos básicos da Termodinâmica 1 Apresentação programa de ensino Cronograma Termodinâmica Aplicada 2025pdf 2 Conceitos básicos da Termodinâmica A Contextualização B Grandezas físicas dimensões e unidades C Formas de transferência de energia D Exercícios A Contextualização Termodinâmica Aplicada Século XIX força motriz do calor Ramos da Física comportamento físico e químico da matéria em repouso Engenharia estudo dos sistemas e interação com a vizinhança Termodinâmica Estatística MICRO estudo de probabilidades física de partículas Clássica MACRO estuda as consequências do MICRO em termos de variáveis macroscópicas refletidas em variáveis de controle de processos P T H h E e U u S s V v m cv cp grandezas intensivas e extensivas unidades no sistema internacional Grandezas intensivas x extensivas Extensivas dependem do tamanho do sistema Intensivas relacionadas à intensidade geralmente por meio de relação matemática com massa ou volume Princípios extraídos da Termodinâmica Muito empregados na engenharia aplicações em operações unitárias Obter projetos otimizados e de melhor desempenho por meio de aumento de produtividade redução de custos e etc Termodinâmica Aplicada A Contextualização Termodinâmica Aplicada Ferramentas de uso constante da Termodinâmica Matemática e lógica O que faz um Engenheiro de Bioprocessos e Biotecnologia A Contextualização Termodinâmica Aplicada Etapas de um processo que podem ser Transferência mecânica Transferência de calor condução convecção radiação Transferência de massa Termodinâmica Primeira e Segunda Lei Toda transformação envolve transferência de energia Figura 1 Diagrama simplificado de uma instalação de oxigênio líquido Sistema Termodinâmico de interesse exemplo B Dimensões e unidades Atenção com as grandezas físicas envolvidas nos cálculos de engenharia Dimensões primárias tempo massa comprimento temperatura Dimensões secundárias velocidade pressão força Sistema Internacional de Medidas B Dimensões e unidades B Dimensões e unidades Atenção para unidades de trabalho calor energia e potencia Massa molecular Massa Força Temperatura Volume Volume específico Densidade Densidade Relativa Vazão de massa Vazão Volumétrica Pressão Trabalho Energia Potencia Calor específico Capacidade calorífica Massa molecular A massa de 1 mol de uma dada molécula é chamada de massa molecular do composto Qual a massa molecular da sacarose C12 H22 O11 Elemento Símbolo Massa Atômica gmol Alumínio Al 270 Cálcio Ca 399 Carbono C 120 Enxofre S 321 Hidrogênio H 10 Oxigênio O 160 Sódio Na 230 Tabela 1 Exemplos de massas atômicas Força no sistema internacional de medidas SI sua unidade é o newton N Nome da unidade sempre em minúscula unidade em maiúscula O newton é definido a partir da Segunda Lei de Newton Qual é a unidade de newton a partir desta definição Temperatura a definição não é simples Temperatura está correlacionada com a Lei Zero da Termodinâmica sendo esta a base da medida da temperatura grandeza macroscópica Temperatura como efeito do estado microscópico da matéria Temperatura Escalas Termométricas Ponto de referência a escala absoluta kelvin K As demais escalas são relativas F Fahrenheit TEMPERATURA ESCALAS E A LEI ZERO DA TERMODINÂMICA Temperatura Escalas termométricas celsius e kelvin SI Extrapolação Dados experimentais PRESSÃO DEFINIÇÕES E TIPOS Barométrica Manométrica De vácuo Absoluta Unidade pascal Pa Sistema Internacional 101325 kPa 1 atm 760 mmHg Vácuo Vácuo MANOMÉTRICA ABSOLUTA E DE VÁCUO O BARÔMETRO E A PRESSÃO ATMOSFÉRICA Experimento de Torricelli P barométrica P atmosférica P no ponto C 0 vapor de mercúrio Devido a diferença de densidade se fossemos utilizar a água ao invés do mercúrio precisaríamos de uma coluna de quantos metros A pressão atmosférica varia ou é constante Depende somente da altitude local Densidade da água 1000 kgm³ Qual a pressão absoluta no ponto 1 Fechado Aberto Dica para iniciar raciocínio Qual a pressão em 1 se o tubo estivesse aberto Processos de transferência de energia Transformação de energia Grandezas energia trabalho e calor Formas de Transferência de Energia Trabalho Calor e massa O que é Energia Formas de transferência de energia Trabalho de eixo elétrico e mecânico Qual a definição de trabalho Exercícios Trabalho mecânicode eixo Torque Fr FIGURA 230 O trabalho de eixo é proporcional ao torque aplicado e ao número de rotações do eixo Trabalho Elétrico FIGURA 225 Esquema para o Exemplo 26 FIGURA 226 Potência elétrica em termos da resistência R corrente I e diferença de potencial V Trabalho de fronteira móvel capítulo 4 Calor condução convecção e radiação Formas de transferência de energia Exercícios Lei de Fourier Lei de Resfriamento de Newton Lei de StefanBoltzmann Teoria do corpo negro Mecanismos de transferência de calor Condução Lei de Fourier TABELA 23 Condutividade térmica de alguns materiais em condições ambientes Material Condutividade térmica WmK Diamante 2300 Prata 429 Cobre 401 Ouro 317 Alumínio 237 Ferro 802 Mercúrio l 854 Vidro 14 Tijolo 072 Água l 0613 Pele humana 037 Madeira carvalho 017 Hélio 0152 Borracha macia 013 Fibra de vidro 0043 Ar g 0026 Uretano espuma rígida 0026 Mecanismos de transferência de calor Convecção Lei de resfriamento de Newton Valores típicos de h em Wm²K 2 a 25 convecção livre em gases 50 a 1000 convecção livre em líquidos 25 a 250 convecção forçada em gases 50 a 20000 convecção forçada em líquidos 2500 a 100000 processos e ebulição e condensação h coeficiente de transferência de calor por convecção Mecanismos de transferência de calor Radiação Lei de StefanBoltzmann Taxa de emissão de radiação máxima Taxa de radiação de emissão real Emissividade varia de 0 a 1 Absortividade também varia de 0 a 1 Cada material possui sua capacidade de absorver radiação Orientações de complementação dos estudos Leitura dos Capítulos 1 e 2 Çengel Boles 2013 Lista 1 de Termodinâmica Aplicada