Propriedades das substâncias puras simples compressíveis

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1 Propriedades das substâncias puras simples compressíveis Substâncias puras: possuem composição química uniforme e invariável, independentemente da fase. Sistemas simples: pode se desprezar efeitos de superfície, magnéticos e elétricos. Sistema simples compressíveis: produzem trabalho apenas pela variação de volume: δw = pdv. Para substâncias puras simples compressíveis, duas propriedades independentes caracterizam seu estado.

2 Propriedades das substâncias puras simples compressíveis Mudanças de fase: energia necessária para alterar a organização das partículas. animação Liquido comprimido ou subresfriado (ex: água a 20ºC e 1 atm. Vapor superaquecido: (ex: água 200ºC e 1 atm) Saturação (vapor e líquido em equilíbrio na temperatura e pressão de saturação: água 100ºC e 1 atm). Curva de saturação líquido vapor: Para cada pressão existe uma única temperatura de saturação, e neste ponto p e T não são propriedades independentes.

3 Pressão e Temperatura de saturação

4 Diagrama T x v

5 Diagrama T x v T 5 1) Líquido comprimido 2) Líquido saturado 3) Líquido + vapor (saturação) ) Vapor saturado 5) Vapor superaquecido 1 (1) (2) (3) v (4) (5) Q Q Q Q Q

6 Diagrama T x v

7 Diagrama T x v

8 O Diagrama P x v Processo de construção

9 O Diagrama P x v Extensão para incluir a fase sólida. Substâncias que expandem na fusão e que se contraem ( água).

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11 Superfíce P-v-T

12 Misturas bifásicas: líquido vapor Para misturas líquido-vapor, pressão e temperatura são propriedades dependentes (estão relacionadas pela linha do diagrama de fases). Nestas condições, de saturação, define-se a propriedade título x, que é a razão entre a massa de vapor e a massa total na mistura bifásica: x m m vapor vapor m líquido

13 A busca de propriedades com o uso de tabelas Dadas duas propriedades intensivas independentes de uma substância pura, define-se o estado, assim, é possível se determinar todas as demais propriedades. Para fazer isto utilizando as tabelas, verifica-se primeiro se ela se encontra no intervalo de valores na região de saturação (tabelas de saturação). A entrada é sempre por pressão ou temperatura. Ex: 1) p = 1 MPa, v = 0,2 m3/kg 2)T = 130ºC, p = 0,3 MPa 3) T = 20ºC, v = 45 m3/kg 5) p= 0,2 MPa, T = 120,23ºC

14 Tabelas Termodinâmicas de Saturação Tabela de Temperatura:

15 Tabelas Termodinâmicas de Saturação Tabela de Pressão:

16 Aproximações para líquidos comprimidos Os valores de v, e u variam muito pouco com a pressão (incompressível), assim pode-se utilizar a seguinte aproximação: v(t,p) ~v lsat (T) e u(t,p) ~u lsat (T) e para h, teríamos: h(t,p) ~ u lsat (T) + p.v lsat (T) ou : h(t,p) ~ h lsat (T) + v lsat (T).(p-p sat (T) Como em geral o termo entre parênteses é pequeno, pode-se utilizar: h(t,p) ~ h lsat (T)

17 Tabelas de vapor superaquecido Para cada pressão, são apresentados valores das propriedades para várias temperaturas. Às vezes é necessário se realizar interpolações. Ex ache T, ou v: 1)água a p = 0,1 MPa, v = 2 m 3 /kg. 2) N 2 a 500 kpa e -48 C 3) Amonia a 30 C e 2MPa 4) metano a 100 kpa e 27 C

18 Equação de Estado para os gases ideais Para gases rarefeitos, pode-se utilizar a seguinte relação: pv = nrt Onde p e T são absolutos e R é constante universal dos gases = 8,314 kj/kmol.k. Dividindo pela massa m temos: Pv = RT, pois n/m = 1/M e R = R/M. Onde M é massa molar do gás específico e R é a constante do gás específico [kj/kg.k]. Ex: calcular a massa de ar numa sala de 4x10x3m (M do ar = 28,97 kg/kmol)

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20 Fator de compressibilidade Apesar da simplicidade da equação de gás ideal, próximo da saturação e do ponto crítico, gases reais se desviam muito deste comportamento, pode-se entretanto introduzir uma correção através do fator de compressibilidade Z: Para se obter uma relação que possa ser utilizada para qualquer gás, trabalhe-se com valore normalizados, ou reduzidos: p R = p/p crit assim também T R = T/T crit. Todos os gases tem um comportamento similar nas condições reduzidas, o que é chamado de princípio dos estados correspondentes.

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22 Diagrama de compressibilidade generalizado Pressão reduzida P R

23 Usando o diagrama de compressibilidade generalizado Calcule o volume específico da água à pressão de 4 MPa e temperatura de 320 utilizando as tabelas de vapor superaquecido, a lei de gás ideal e o fator de compressibilidade. p crit = 22,09 MPa; T crit = 374,1 ºC (647, 3 K) Da tabela de vapor superaquecido: v = 0,06199 m 3 /kg Pela lei de gases ideais temos: v = 0,461x593,15/4000 = 0,06836 Usando os diagramas de compressibilidade: p R = 0,181 e T R = 0,916, pelo gráfico Z = 0,92, assim v real = 0,91x0,06836 = 0,6220

24 Pressão reduzida PR