Aula 03-Propriedades Termodinâmica I

(1)

Universidade Federal do ABC

BC1309

Termodinâmica Aplicada

Prof. Dr. Jose Rubens Maiorino

Aula 3

BC1309

Termodinâmica Aplicada

Prof. Dr. Jose Rubens Maiorino

Aula 3

(2)

Propriedades Termodinâmicas

(3)

Propriedades Termodinâmicas

Ø

Substâncias Puras;Substâncias Puras;

Ø

Ø Estado da MatEstado da Matééria;ria;

Ø

Ø Estado Termodinâmico;Estado Termodinâmico;

Ø

Ø MudanMudançça de Fase a de Fase –– Diagrama;Diagrama;

Ø

Ø TTíítulo de uma Mistura;tulo de uma Mistura;

Ø

Ø Tabelas Termodinâmicas;Tabelas Termodinâmicas;

Ø

ØSuperfSuperfíícies Termodinâmicas;cies Termodinâmicas;

Ø

Ø Modelo de GModelo de Gáás Ideal.s Ideal.

Ø

ØAplicaAplicaçções na Engenhariaões na Engenharia

(4)

Substância Pura

Ø

Possui uma composi

ç

ão qu

í

mica fixa em toda sua

extensão

extensão.

hidrogênio, H hidrogênio, H₂₂ á água, Hgua, H OO di

dióóxido de carbono, COxido de carbono, CO₂₂

amônia, NH

amônia, NH₃₃

oxigênio, O

(5)

O ar

é

uma mistura de diversos gases, mas

com freq

ü

ência

é

considerado uma

substância pura.

Substância Pura

BC1309_Termodinâmica Aplicada

Sua composi

(6)

Substância Pura

Ø

Cuidado:

q

q Mistura de gelo e Mistura de gelo e áágua lgua lííquida quida éé uma substância pura uma substância pura (ambas as fases têm a mesma composição química).

q

q Mistura de ar lMistura de ar lííquido e ar gasoso, porquido e ar gasoso, poréém, não m, não éé uma substância uma substância pura

pura (composição do ar líquido é diferente da composição do ar gasoso).

(7)

Estado da Matéria

Estado da Mat

é

_é

ria

_ria

Sólido

Líquido

Gás

Plasma

a

(8)

Estado da Matéria

Estado da Mat

é

_é

ria

_ria

L

LÍÍQUIDOQUIDO SSÓÓLIDOLIDO GASOSO

GASOSO

For

ç

as Intermoleculares!

Ø Quando uma substância funde ou entra em ebulição, forças intermoleculares são quebradas (não as ligações químicas).

(9)

Plasma

• Plasma e o quarto estado da matéria. Neste estado

todas ligações químicas(moleculares) e atômicas são

quebradas, e este estado e basicamente constituída de

núcleo atômico(+)e elétrons(-)(matéria Ionizada em

movimento - Chama ou fogo,T=milhares- milhões K

).

Nota: Existem outros estados da matéria, por exemplo a matéria nuclear

(10)

Estado Termodinâmico

(11)

Estado Termodinâmico

Ø O estadoestado de uma substância simples, em uma úúnica fase nica fase (líquido, sólido ou gás) fica determinado por duas propriedades quaisquer, por exemplo:

q

q Pressão (P) e Temperatura (T)Pressão (P) e Temperatura (T)

q

q Pressão (P) e Volume EspecPressão (P) e Volume Especíífico (v)fico (v)

q

q Volume especVolume especíífico (v) e Temperatura (T)fico (v) e Temperatura (T)

v Partindo-se de duas propriedades pode-se determinar, por exemplo:

Energia interna

Entalpia

Entropia

(12)

Estado Termodinâmico

Ø

Número de variáveis independentes (N.V.I.) necessárias para

caracterizar um estado termodinâmico:

(

número

de

fases

)

I

V

N

.

=

3 −

q Uma Uma úúnica fase (snica fase (sóólido, llido, lííquido ou gquido ou gáás): s): duas propriedades termodinâmicas.

q Duas fases (lDuas fases (lííquido e gquido e gáás): s): uma propriedade termodinâmica.

q Três fases (sTrês fases (sóólido + llido + lííquido + gquido + gáás): s): valores de todas as propriedades termodinâmicas são únicos (ponto triplo).

(13)

Mudança de Fase

Mudan

ç

a de Fase

(14)

á

água, Hgua, H₂₂OO

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

_ç

a de Fase

_{a de Fase}

Ø

ESTADO 1:

v A água não está pronta para se converter em vapor!

L

Í

QUIDO COMPRIMIDO

q

q P = 100 P = 100 kPakPa

q

(15)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

Ø TransfereTransfere--se calor para se calor para áágua, elevando a temperatura para 40gua, elevando a temperatura para 40°°C:C:

q

q P = 100 P = 100 kPakPa

q

q T = 20T = 20°°CC

v À medida que a temperatura se eleva, a água líquida se expande e seu volume específico aumenta.

q q P = 100 P = 100 kPakPa q q T = 40T = 40°°CC

aquecimento

(16)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

ESTADO 2:

v A água ainda não está pronta para se converter em vapor!

q

q P = 100 P = 100 kPakPa

q

q T = 40T = 40°°CC

L

(17)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

v A água ainda é um líquido, mas qualquer adição de calor fará com que o líquido se converta em vapor.

q q P = 100 P = 100 kPakPa q q T = 40T = 40°°CC q q P = 100 P = 100 kPakPa q q T = 100T = 100°°CC

aquecimento

(18)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

ESTADO 3:

v A água está pronta para se vaporizar!

q

q P = 100 P = 100 kPakPa

q

q T = 100T = 100°°CC

L

(19)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

Ø ApApóós o ins o iníício da ebulicio da ebuliçção, a temperatura pão, a temperatura páára de subir atra de subir atéé que o que o l

lííquido se converta inteiramente em vapor.quido se converta inteiramente em vapor.

q

q O cilindroO cilindro--pistão estpistão estáá cheio de vapor no limite com a fase lcheio de vapor no limite com a fase lííquida e quida e qualquer perda de calor far

(20)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

ESTADO 4:

v As fases líquida e vapor coexistem em equilíbrio!

MISTURA

L

(21)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

q

q P = 100 P = 100 kPakPa

q

q T = 100T = 100°°CC

v Vapor saturado é um vapor que está pronto para condensar.

Ø

ESTADO 5:

VAPOR SATURADO

(22)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

Ø

q q P = 100 P = 100 kPakPa q q T = 100T = 100°°CC q q P = 100 P = 100 kPakPa q q T = 300T = 300°°CC

aquecimento

(23)

Processo de Mudança de Fase

Processo de Mudan

ç

a de Fase

BC1309_Termodinâmica Aplicada v É um vapor que não está pronto para se condensar.

VAPOR SUPERAQUECIDO

Ø

ESTADO 6:

(24)

Mudança de Fase

Pressão Constante

(25)

300

v, m

33

_/kg

Diagrama T – v

Diagrama T

–

v

•

11

P = 100

kPa

•

22

•

3 3

•

44

•

55

•

₆₆ l lííq uid o co mp rim ido qu ido c om pri mido mistura saturada mistura saturada _vapo r s upe raq ue cido va po r s upe raq ue cido

(26)

Diagrama T – v

Diagrama T

–

_–

v

_v

q

q Diagrama T Diagrama T –– v dos processos de mudanv dos processos de mudançça de fase, a pressão constante, a de fase, a pressão constante, para uma substância pura a diversas pressões.

para uma substância pura a diversas pressões.

PONTO CR

PONTO CRÍÍTICOTICO

L

(27)

L

Lííquidoquido--VaporVapor Saturados Saturados

Diagrama T – v

Diagrama T

–

_–

v

_v

BC1309_Termodinâmica Aplicada v T P P₁₁ = = ctecte P P₂₂ = = ctecte (> P(> P₁₁)) Vapor Vapor Superaquecido Superaquecido L Lííquido quido Comprimido Comprimido

•

PONTO CR

Linha de Vapor Saturado

Linha de L

(28)

Diagrama T-v

água

(29)

T T₁₁= = ctecte T T₂₂= = ctecte (> T(> T₁₁)) Vapor Vapor Superaquecido Superaquecido L Lííquido quido Comprimido Comprimido PONTO CR

Linha de Vapor Saturado

Linha de L

Linha de Lííquido Saturadoquido Saturado

L

Lííquidoquido--VaporVapor Saturados Saturados

Diagrama P – v

Diagrama P

–

v

BC1309_Termodinâmica Aplicada q

(30)

Mudança de Fase

Mudan

ç

a de Fase

(1) (2) (3) v (4) (5) T 1 2 5 3 4 1) Líquido comprimido 2) Líquido saturado

3) Líquido + vapor (saturação) 4) Vapor saturado