Termodinâmica. Prof. Agostinho Gomes da Silva

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1 Termodinâmica Prof. Agostinho Gomes da Silva

2 Substância pura Substância pura: Composição química invariável e homogênea Pode existir em mais de uma fase (mas todas fases têm a mesma composição química). São exemplos de substâncias puras: água líquida, mistura de água líquida + vapor de água, mistura de água líquida + gelo Não são substâncias puras: mistura de água + óleo, mistura de gasolina + álcool, ar líquido + ar no estado gasoso

3 Substância pura Desde que o ar não sofra mudança de fase, ele poderá ser tratado como substância pura. Rigorosamente falando o ar não é uma substância pura mas apresenta algumas característica de uma substância pura. Substâncias simples compressíveis Efeitos de superfície, efeitos magnéticos e elétricos são ignorados. Mas variações de volume são importantes.

4 Equilíbrio de fases vapor-líquida-sólida numa substância pura

5 Equilíbrio de fases vapor-líquida-sólida numa substância pura Temperatura de saturação temperatura na qual ocorre a vaporização a uma dada pressão (pressão de saturação). Para água a pressão de saturação a 99,6 C é 0,1 Mpa. Para substâncias puras existe uma relação bem definida entre a pressão de saturação e a temperatura de saturação.

6 Equilíbrio de fases vapor-líquida-sólida numa substância pura

7 Diagrama temperatura x volume específico para água.

8 Estados de uma substância Se uma substância existe como líquido a temperatura de saturação, ela é chamada de líquido saturado. Se a temperatura do líquido mais baixa que a temperatura de saturação para a pressão existente, então dizemos que a substância é um líquido sub-resfriado, ou que, ela é um líquido comprimido. Se parte de uma substância está na fase líquida é parte na fase vapor, na temperatura de saturação seu título é definido como a razão entre a massa de vapor e a massa total. Se uma substância existe como vapor na temperatura de saturação, então ela denominada vapor saturado (ou vapor saturado seco). Quando o vapor está a uma temperatura maior que a temperatura de saturação ele é chamado de vapor superaquecido. A pressão e temperatura do vapor superaquecido são propriedades independentes.

9 Título de uma substância Título: Volume total: Volume específico médio: Volume específico médio:

10 Ponto triplo

11 Propriedades independentes de uma substância pura O estado de uma substância pura simples é definido por duas propriedades independentes. Na saturação, os estados de líquido saturado e vapor saturado de uma substãncia pura, estão a mesma pressão e temperatura. Assim, na saturação, a pressão e temperatura não são propriedades independentes. Duas propriedades independentes são necessárias para especificar o estado de saturação de uma substância pura. Exemplos: pressão e volume específico; pressão e título.

12 Diagrama T-v

13 Diagrama T-v

14 Diagrama P-v

15 Diagrama P-T

16 Superfícies termodinâmicas Superfície P-v-T de uma substância que se contrai na solidificação.

17 Superfícies termodinâmicas Superfície P-v-T de uma substância que se expande durante a solidificação.

18 Tabelas termodinâmicas 1) Líquido e vapor saturado

19 Tabelas termodinâmicas 1) Exemplo 1 Um tanque contém 50 kg de água líquida a 90 C. Determine o pressão no tanque e o volume do tanque. Solução Estado: líquido saturado. Da tabela para água saturada temos, 70,183 O volume específico para a água saturada é, 0, O volume total do tanque é: 500, ,0518

20 Tabelas termodinâmicas

21 Tabelas termodinâmicas 1) Exemplo 2 Um sistema pistão-cilindro contém 2 pés cúbicos de vapor de água saturado à pressão de 50 psia. Determine a temperatura e a massa de água. Solução Estado: vapor saturado saturado. Da tabela para água saturada temos!!,"#$ 280,99' O volume específico para a água saturada é (,,"#$ 8,5175 ) A massa de vapor de água é: + 2,- /8,5175 ) 0,235 lbm ( * *

22 Tabelas termodinâmicas 1) Exemplo 3 Uma massa de 200 g de água líquida saturada é completamente vaporizada à pressão constante de 100 kpa. Determine a mudança de volume e a quantidade de energia transferida para a água. Solução Estado inicial: líquido saturado. Estado final: vapor saturado O diagrama mostra o processo. A variação de volume específico corresponde à diferença entre os volumes específicos do vapor saturado e o líquido saturado. O mesmo se aplica à entalpia. Assim,

23 Tabelas termodinâmicas 2) Mistura líquido e vapor saturado

24 Tabelas termodinâmicas 2) Mistura líquido e vapor saturado

25 Tabelas termodinâmicas 2) Mistura líquido e vapor saturado

26 Tabelas termodinâmicas 2)Exemplo 1 Um tanque rígido contém 10 kg de água a 90 C. Se 8 kg de água estão na forma líquida e o resto na forma de vapor, determine a) a pressão no tanque b) o volume do tanque Solução Temos vapor e líquido em equilíbrio temos então uma mistura saturada. Da tabela de água saturada:, 70,183 Os volumes específicos são para o vapor e o líquido:

27 Tabelas termodinâmicas 2)Solução Uma forma de encontrar o volume é determinar o volume ocupado por cada fase: Outra forma é determinar o título e calcular o volume específico médio e obter o volume do tanque:

28 Tabelas termodinâmicas 2)Exemplo 2 Um vaso contém 4 kg de refrigerante R-134a a pressão de 160 kpa. Determine, a) a temperatura b) o volume ocupado pela fase vapor c) a entalpia Solução: Não sabemos qual é o estado do R134a. Determinamos o estado comparando os valores de uma propriedade do fluido com os valores dessa para o vapor e o líquido saturados a 160 kpa. O volume específico médio é:

29 Tabelas termodinâmicas 2) Solução Na pressão de 160 kpa O volume específico médio v é tal que ) // Então tem-se uma mistura saturada. Da tabela para o R134a saturado, tem-se para Psat = 160 kpa:

30 Tabelas termodinâmicas 2) Solução O título da mistura é: A entalpia da mistura é: A massa e o volume do vapor são:

31 Tabelas termodinâmicas 3) Vapor superaquecido Comparado ao vapor saturado, vapor superaquecido é caracterizado por: a) baixas pressões (P < Psat para uma dada T) b) altas temperaturas ( T > Tsat para uma dada P) c) grandes volumes específicos (v > vg para uma P ou T) Na região de vapor superaquecido a temperatura e a pressão são propriedades independentes e podem ser usadas para determinar os valores das propriedades dos fluidos nas tabelas. Na página a seguir tem-se um trecho de uma tabela de vapor de água superaquecido. Na primeira linha tem-se os valores das propriedades na saturação. Nas demais linhas temos os valores das propriedades para o vapor superaquecido. Note a tabela lista as propriedades para diversos valores de pressão.

32 Tabelas termodinâmicas 3) Vapor superaquecido

33 Tabelas termodinâmicas 3) Exemplo: Determine a temperatura a água no estado P = 0,5 MPa e h = 2890 kj/kg. Solução Da tabela para a água saturada (P=0,5 MPa) tem-se que a entalpia do vapor saturado é 2748,1 kj/kg. Assim a entalpia da água é maior que a entalpia do vapor saturado e portanto o estado é o de vapor superaquecido

34 Tabelas termodinâmicas 3) Exemplo: Solução: Da tabela de vapor superaquecido para P = 0,5 Mpa temos Interpolamos a entalpia para achar a temperatura:

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