EM 524 : aula 3. Capítulo 3 : Propriedades das. Substâncias Puras

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1 EM 524 : aula 3 Capítulo 3 : Propriedades das 1. Definições; Substâncias Puras 2. Equilíbrio de fase; Diagrama temperatura volume; Título de uma mistura líquido-vapor; Diagrama pressão temperatura; Diagrama pressão volume específico; Superfícies de pressão volume específico temperatura; 3. Tabela de propriedades;

2 Definições Para uma determinada substância vamos relacionar propriedades que devem ser conhecidas para descrever o estado ou mudança de estado de um sistema; Substância pura é aquela que é uniforme e invariante em composição química em qualquer fase que se encontre (sólida, líquida ou gasosa); Substâncias simples : um único elemento químico; Substâncias puras : elementos químicos e compostos estáveis (água em qualquer fase, ar sem mudança de fase de componentes, nitrogênio, etc; Substâncias não puras : ligas metálicas, soluções líquidas e mistura de gases; Determinação das propriedades relevantes : condut. elétrica, térmica, etc. Substância compressível simples : despreza-se efeitos tensão superficial, efeitos magnéticos elétricos, gravitacionais e cinéticos, única forma de trabalho reversível é a variação de volume (P.dV); Princípio de estado : o número de propriedades independentes requerido para especificar um estado termodinâmico de um sistema é igual ao número possível de formas de trabalho mais um (observação experimental); Duas propriedades independentes : não se pode determinar uma delas através do conhecimentos da outra; Pressão de saturação : pressão na qual ocorre uma mudança de fase em uma determinada temperatura; Temperatura de saturação : temperatura na qual ocorre uma mudança de fase em uma determinada pressão (Ex: para P=101,3 kpa temos Tsat = 100 o C e para P=500 kpa temos Tsat = 151,9 o C);

3 Equilíbrio de Fase Sólido contido em um cilindro vertical (sólido = sistema); Processo adição de calor a pressão constante (peso pistão); Fluido do exemplo não é água! Nos estados 2, 3 e 4 e nos estados 6, 7 e 8 as propriedades pressão e temperatura são dependentes (duas fases coexistem em equilíbrio);

4 Diagrama Temperatura x Volume Os diagramas em geral são ferramentas para visualizarmos processos e também ajuda na determinação do estado do sistema; A região dentro do chapéu é designada : região de equilíbrio líquido-vapor, região de saturação, região úmida, região de duas fases; c : linha de líquido saturado; c : linha de vapor saturado; Região de vapor superaquecido; Região de líquido comprimido / subresfriado; Acima do ponto crítico a mudança de fase não é distinta (líquido para vapor), substância é designada de fluido; Título de uma mistura líquido-vapor = x x = Mv / M v = (1-x).v l + x.v v Reparar no Caminho das isobáricas (p=cte);

5 Diagrama Pressão x Temperatura Inclinação da linha de fusão (substância se contrai quando solidificando); Ponto triplo : corresponde a uma pressão e temperatura na qual as três fases (sólido, líquido e vapor ) coexistem em equilíbrio; : processo que vai da região de sólido para a região de vapor (gelo seco (CO 2 sol ) que a pressão atmosférica sublima-se a aprox. 77 o C e tem pressão do ponto triplo igual a 0,52 MPa); Ponto crítico : acima do ponto crítico não existe uma mudança de fase distinta e repentina, a mudança é gradual e contínua;

6 Diagrama Pressão Volume Específico Caminho das isotérmicas;

7 Superfícies de pressão volume específico - temperatura Regiões em que existe uma única fase, e portanto as propriedades pressão, temperatura e volume são independentes; Regiões de duas fases (sólidolíquido, sólido-vapor e líquidovapor) onde as propriedades temperatura e pressão não são independentes; Na linha tripla as três fases existem em equilíbrio;

8 Diagramas P x V x T

9 Tabela de Propriedades Tabelas de propriedades termodinâmicas de algumas substâncias de interesse foram desenvolvidas (medidas e tabuladas) para auxiliar nos cálculos de desempenho em turbinas a vapor, reatores nucleares, geradores de vapor, ciclos de refrigeração, etc.

10 Exercícios Resolvidos Exemplo 3.1 Exemplo 3.2 Exemplo 3.3 Exemplo 3.4 Exemplo 3.5 Exemplo 3.6 Exemplo 3.7

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