Introdução
O objetivo desta seção é apresentar uma revisão sobre a termodinâmica aplicada à combustão e à geração de energia.
Ela não precisa ser estudada diretamente mas deve ser utilizada como referência durante a navegação em outros tópicos.
Ela foi colocada neste ponto porque o conhecimento destes conceitos é necessário para o entendimento do restante do material.
Substância
Substância pura é aquela que tem composição química invariável e homogênea.
Ela pode existir em mais de uma fase , mas a composição química é a mesma.
A fase - sólida, líquida ou gasosa - é definida quando a matéria é totalmente homogênea.
Quando mais de uma fase de uma substância existe simultaneamente, ocorre uma separação e uma fronteira de fase se estabelece e devemos estudar o Equilíbrio de Fases em uma Substância Pura.
Em cada fase, a substância pode existir em diversos estados termodinâmicos.
O estado termodinâmico é uma função biunívoca de determinadas propriedades termodinâmicas observáveis.
No caso de substâncias puras, o estado é determinado univocamente por apenas duas propriedades termodinâmicas independentes.
As propriedades termodinâmicas são classificadas em intensivas e extensivas.
As propriedades termodinâmicas podem ser aplicadas a substâncias ou a sistemas. Para que isso seja correto, é necessário que o estado esteja em equilíbrio. Caso contrário o valor da propriedade não será necessariamente constante em todo o sistema.
Quando a propriedade termodinâmica de um sistema de modifica ocorre necessariamente uma mudança de estado ou processo termodinâmico. Além disso, mudanças de estado podem ocorrer mesmo que uma das propriedades se mantenha constante. Esses tipos de processos possuem denominações especiais. O processo ideal sem perdas, do ponto de vista termodinâmico, é chamado de processo reversível. Diversos fatores fazem com que os processo reais não sejam irreversíveis. Os mais importantes são:
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Atrito;
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Expansão não resistida;
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Transferência de calor com diferença finita de temperatura;
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Mistura de substância diferentes;
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Combustão;
Quando um sistema parte de um estado inicial, passa por diversos processos e retorna ao estado inicial, dizemos que o sistema completou um ciclo termodinâmico. É importante observa que o ciclo termodinâmico não está necessariamente relacionado a ciclos mecânicos.
A equação de estado fornece a relação entre Pressão - P, Temperatura - T, e Volume -V, de uma substância. No caso de gases ideais, a equação de estado assume a forma em anexo. Observa-se que, neste caso, pressão, energia interna e volume são grandezas independentes. O mesmo não ocorre com a temperatura.
Para a maioria das aplicações em combustão, os gases podem ser considerados ideais. No entanto, Wylen (2003) apresenta uma excelente análise das limitações desta hipótese e apresenta modelos mais sofisticados.