Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Propriedades Termodinâmicas de Substâncias Puras Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon.

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1 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Propriedades Termodinâmicas de Substâncias Puras Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon

2 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 2 Introdução ● Processo = Mudança de Propriedades Projetar dispositivos depende de conhecer o comportamento das propriedades Físicas das substâncias.

3 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 3 Substância Pura ● Definição: aquela que tem composição química invariável e homogênea pode haver presença de mais de uma fase Mistura de gases pode ser considerada uma substância pura em determinados casos Nesta etapa inicial, estudo se limitará ao efeito da compressibilidadade (variação de volume) mas outras propriedades têm comportamento similar

4 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 4 Fase Líquida Exemplo da estrutura da água Fase Vapor Exemplo da estrutura do vapor d'água Fase sólida Exemplo da estrutura do gelo Fases Sólida Líquida e Vapor

5 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 5 Mudança de Fase Água - Vapor

6 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 6 Influência da Pressão no Processo de Mudança de Fase

7 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 7 Curva de Evaporação ● Cada pressão tem uma temperatura de evaporação ● Para 1atm => 100°C ● Para 31,2 kPa => 70°C ● Para 198,5 kPa => 120°C ● Curva de Evaporação ● Regiões Líquida e Gasosa

8 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 8 Processos Físicos ● Processo à temperatura constante (A-B) ● Processo à pressão constante (C-D)

9 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 9 Diagrama Geral de Fases ● Evaporação (parte do diagrama) ● Diagrama completo ● Pontos característicos ● Curvas de Mudança de Fase

10 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 10 Processos com Mudança de Fase ● Sublimação (A-B) A B CD ● Passagem pelo ponto triplo (C-D) E F ● Transformação sólido-líquido- vapor (E-F) GH ● Transformação supercrítica (G-H)

11 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 11 Diagramas de fases diferenciados ● Diagrama para a água englobando as diversas fases do gelo sólido Gelo Líquido Vapor ● Diagrama para dióxido de carbono (CO 2 )

12 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 12 Propriedades Independentes de uma Substância Pura ● Pegunta-se: Quantas propriedades são necessárias para definir o estado de uma substância pura? Respostas : ● fora das regiões de mudança de fase: duas (2) propriedades definem o estado termodinâmico. ● nas regiões de mudança de fase: o conhecimento do fato e uma (1) propriedade define o estado.

13 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 13 Gráficos associados ao estado termodinâmico ● Pelo Apresentado uma propriedade termodinâmica é sempre função de duas outras propriedades. ● Por exemplo: ● Para representá-lo é necessário uma superfície tridimensional.

14 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 14 As diversas regiões da Superfície 3D S ó l i d o L í q u i d o Vapor Gás

15 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 15 As regiões de Mudança de Fase S ó l i d o L í q u i d o V a p o r G á s Sólido+Líquido Sólido + Vapor Líquido + Vapor Linha Tripla

16 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 16 Processos a temperatura constante e pressão constante Processo a Pressão Constante Sólido Vapor Gás Sólido+Líquido Sólido + Vapor Líquido + Vapor Líquido Processo a Temperatura Constante

17 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 17 Projeção da Superfície em P-T Transformação Sólido Vapor (Sublimação) Transformação Sólido-Líquido (Fusão) Transformação Líquido Vapor (Evaporação)

18 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 18 Projeção em T-v Sólido Liquido Vapor ou Gás Região de maior interesse neste curso

19 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 19 Projeção P-v Sólido Liquido Gás Vapor Região de maior interesse neste curso

20 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 20 Processos isotérmicos Sólido Vapor Gás Sólido+Líquido Sólido + Vapor Líquido + Vapor Líquido Liquido Vapor ou Gás

21 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 21 Processos Isobáricos Sólido Vapor Gás Sólido+Líquido Sólido + Vapor Líquido + Vapor Líquido Liquido Vapor ou Gás

22 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 22 A região de mudança de fase ● Na região de mudança de fase P e T são propriedades dependentes ● O processo de mudança de fase ocorre gradualmente. ● É preciso uma propriedade indicando a parcela que já sofreu mudança de fase ● Esta propriedade é denominada por TÍTULO e representada na forma:

23 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Gráfico Real – T x v

24 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 24 Gráfico Real – P x v

25 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 25 Processo a Pressão Constante

26 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Processo a Temperatura Constante

27 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 O uso de Tabelas Termodinâmicas ● Os gráficos para que possam ser utilizados na avaliação das propriedades precisam ser muito grandes para dar uma certa precisão. ● O mais comum em engenharia é usar tabelas ou softwares capazes de avaliar as propriedades do fluido. ● Assim é preciso uma desenvolver uma boa capacidade de trabalho com tabelas.

28 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Tabelas com propriedades ●Á●Água (B.1) No livro podem ser encontradas tabelas para diversos fluidos: ● Amônia (B.2) ● Freon 12 ou R12 (B.3) ● Refrigerante 134a ou R134a (B.5) ● Nitrogênio (B.6) ● Freon 22 ou R22 (B.4) ● Metano (B.7)

29 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Interpolação de Propriedades ● Quando não se encontra diretamente a propriedade para as condições desejadas é necessário realizar uma interpolação. Exemplo: Vapor dágua a 215°C e P=10 bar (1 MPa) T v v2v2 v1v1 T2T2 T1T1 T in t v in t 0,21398 Valor real=0,21421 [°C ] [m³/kg ]

30 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Outras propriedades físicas relevantes ● Energia interna (U ou u) Existem, além do volume específico algumas ou- tras importantes propriedades das substâncias: ● Entalpia (H ou h) ● Entropia (S ou s) ● Função de Gibbs (G ou g), etc

31 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Avaliando as propriedades ● As propriedades podes ser avaliadas através de Tabelas e Gráficos da mesma forma que o v. Inclusive o comportamento geral é muito parecido dos gráficos. ● no processo de mudança de fase o cálculo do título segue as mesmas regras:

32 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Relações entre as propriedades ● Existe uma relação de fundamental importância entre a entalpia h e a energia interna u: ● Esta relação é tão importante que algumas tabelas fornecem somente uma das duas propriedades, u ou h, sendo a outra obtida a partir da relação termodinâmica acima.

33 Termodinâmica Avançada Prof. Dr. Vicente Luiz Scalon / 2006 Exercício 1) Para a sunstância água determine as propriedades termodinâmicas usando as opcões entre parênteses: v (tabelas, diagrama específico e generalizado) h e u (usando tabelas) x nas condições de: P=4,8 bar x=0,3 P=6 bar e T=200°C