EM34F Termodinâmica A

EM34F

Termodinâmica A

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Fase e Substância Pura

 Fase: refere-se a uma quantidade de matéria que é

homogênea como um todo, tanto em composição química como em estrutura física.

 Homogeneidade: em estrutura física significa que a

matéria é toda sólida, toda líquida ou toda vapor.

Um sistema pode conter uma ou mais fases!

Fase e Substância Pura

 Substância Pura: É uma substância cuja composição

química é uniforme e invariável. Pode existir em mais de uma fase, mas sua composição química deve ser a mesma em cada fase.

Exemplo: água líquida e vapor d’água

Estado Termodinâmico

 O estado de um sistema fechado em equilíbrio é sua

condição como descrita por valores de suas propriedades termodinâmicas;

 O estado é estabelecido por valores das propriedades

independentes

Relação p-v-T

 Propriedades de substâncias puras simples

compressíveis e a relação entre essas propriedades com a pressão, o volume específico e a temperatura.

 Evidência experimental: temperatura e volume específico podem ser considerados independentes. Assim,

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

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Aula 04

_{Superfície p-v-T}

Superfície p-v-T (Água)

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Aula 04

_{Superfície p-v-T}

Superfície p-v-T

 De uma substância que se contrai durante a solidificação;

 A maioria das substâncias exibe esse comportamento;

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Aula 04

_{Superfície p-v-T}

Regiões

 Regiões Monofásicas: o estado é determinado por

quaisquer duas das seguintes propriedades: pressão,

volume específico e temperatura;

 Regiões Bifásicas: duas fases coexistem em equilíbrio:

líquido-vapor, sólido-líquido e sólido-vapor. Nessas regiões, pressão e temperatura não são independentes;

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Aula 04

_{Superfície p-v-T}

Regiões

 O estado no qual uma mudança de fase começa ou

termina é denominado estado de saturação;

 A região em formato de sino composta pelos estados

bifásicos líquido-vapor é chamada de domo de vapor;

 As linhas que definem o contorno do domo de vapor são

denominados linhas de líquido saturado e de vapor saturado.

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Aula 04

_{Superfície p-v-T}

Regiões

 O topo do domo, onde as linhas de líquido e de vapor

saturados se encontra é denominado ponto crítico;

 A temperatura crítica, T_C, de uma substância pura

corresponde à temperatura máxima na qual as fases líquida e de vapor podem coexistir em equilíbrio.

 A pressão no ponto crítico é denominada pressão crítica,

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Aula 04

_{Projeções da Superfície p-v-T}

Diagrama p-v

 Projetar a superfície p-v-T sobre o plano pressão-volume específico resultado no diagrama p-v.

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_{Projeções da Superfície p-v-T}

Diagrama T-v

 Projetar as regiões de líquido, bifásica líquido-vapor e de vapor da superfície p-v-T sobre o plano temperatura-volume específico obtém-se um diagrama T-v.

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

Mudança de Fase

 Considere como sistema a água contida no conjunto êmbolo-pistão:

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

Mudança de Fase

Isobaric process

P = 1 atm

v

T, C

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

Mudança de Fase

 T_sat – Temperatura na qual ocorre mudança de fase para

uma dada pressão;

 P_sat – Pressão na qual ocorre a mudança de fase para

uma dada temperatura;

 Exemplo:

_{p = 1atm = 101.3 kPa, T = 100 C}

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_{Avaliando Propriedades}

Mistura bifásica líquido-vapor

 As misturas bifásicas líquido-vapor podem ser distinguidas

entre si pelo título.

 O título (quality) é uma propriedade intensiva;

 Para uma mistura bifásica líquido-vapor, o título é a razão

entre a massa de vapor presente e a massa total da mistura,

𝑥 =

𝑚

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_{Avaliando Propriedades}

Mistura bifásica líquido-vapor

 O título (x) representa a fração de massa de vapor;  Seu valor varia entre 0 e 1 (0  x  1);

𝑥 =

𝑚

𝑚

+ 𝑚

x = 0 → Líquido Saturado x = 1 → Vapor Saturado

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_{Avaliando Propriedades}

Mistura bifásica líquido-vapor

 Como na região de saturação, todo o líquido está na situação de líquido saturado e todo vapor está na situação de vapor saturado,

∀

= 𝑚

𝑣

∀

= 𝑚

𝑣

𝑣 =

∀

𝑚

=

∀

𝑚

+

∀

𝑚

𝑣 =

𝑣

𝑚

𝑚

+

𝑣

𝑚

𝑚

𝑣 = 1 − 𝑥 𝑣

+ 𝑥𝑣

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

Tabelas de Líquido e de Vapor

 As propriedades do vapor d’água estão listadas nas tabelas/apêndices dos livros de termodinâmica;

 Saber utilizar as tabelas é essencial para o curso;

 Em muitas situações, será necessário aplicar a

interpolação para obter os dados,

L L H L H L

T

T

v

v

T

T

v

v



_







Exemplo 01: Utilizando as tabelas de água, determine os estados:

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

a) P=1,0 MPa; T=207 ºC b) P=1,0 MPa; T=107,5 ºC c) P=1,0 MPa; T=179,91 ºC; x=0,0 d) P=1,0 MPa; T=179,91 ºC; x=0,45 e) T=340 ºC; P=21,0 MPa f) T=340 ºC; P=2,1 MPa g) T=340 ºC; P=14,586 MPa; x=1,0 h) T=500 ºC; P=25 MPa i) P=50 MPa; T=25 ºC

Exemplo 02: Considerando a água como fluido de trabalho, complete a tabela.

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_{Avaliando Propriedades}

P (MPa) T(o_{C) v (m}3_{/kg) x (se aplicável)}

300 1,0

0,15 0,65

Exemplo 02: Solução

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_{Avaliando Propriedades}

P (MPa) T(o_{C) v (m}3_{/kg) x (se aplicável)} 8.5810 300 0.02167 1,0

0,15 111,37 0,65 0.56

Exemplo 03: Inicialmente uma amostra de água se encontra a 120°C e apresente título igual a 25%. A temperatura da amostra é aumentada para 140°C num processo onde o volume é constante. Determine a pressão e o título no estado final desse processo.

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

Exemplo 04: Um tanque rígido contém 50kg de água líquida saturada a 90°C. Determine a pressão e o volume do tanque.

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Aula 04

_{Avaliando Propriedades}

kg

m

v

v





0

,

001036

/

A partir da tabela de água saturada, P = 70,14kPa O volume específico do líquido saturado a 90o_{C é,}

3

0518

,

0

)

001036

,

0

)(

50

(

m

mv

V







Referências

 MORAN, Michael J.; SHAPIRO, Howard N. Princípios de

termodinâmica para engenharia. 4. ed. Rio de Janeiro:

LTC, 2002. 681 p.