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IFCE – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia – Campus Maracanaú - Indústria

Termodinâmica e Transferência de CalorCapítulo 03 – Propriedades de uma Substância Pura

• A Substância Pura;

• Equilíbrio entre Fases Vapor-Líquida-Sólida para uma Substância Pura;

• Propriedades Independentes de uma Substância Pura;

• Tabelas de Propriedades Termodinâmicas;

• Superfícies Termodinâmicas;

• O Comportamento P-V-T dos Gases na Região de Massas EspecíficasPequenas ou Moderadas;

• O Fator de Compressibilidade;

• Aplicações na Engenharia.


Termodinâmica e Transferência de CalorPropriedades de uma Substância Pura

O conhecimento do comportamento e das propriedades das substânciasé essencial na analise de dispositivos e sistemas termodinâmicos;

Exemplo:

No Refrigerador ao lado precisamos deuma substância que:

• evapore a uma temperatura baixa,digamos -20 °C;

• condense a uma temperaturaligeiramente maior que a do ambiente;

• forneçam níveis de pressões alcançaveise seguros;

• tenha volumes específicos adequadosao tamanho do equipamento.


Termodinâmica e Transferência de CalorA Substância Pura

A substância pura é aquela que tem composição química invariável ehomogênea. Pode existir em mais de uma fase, mas a composiçãoquímica é a mesma em todas as fases.

Às vezes, uma mistura de gases, tal como o ar, é considerada como umasubstância pura desde que não haja mudança de fase.

Aqui será dada ênfase às substâncias simples e compressíveis. Paraessas substâncias, os efeitos de superfície, magnéticos e elétricosnão são significativos. Por outro lado, as variações de volume, taiscomo aquelas associadas à expansão de um gás em um cilindro, sãomuito importantes.


Termodinâmica e Transferência de CalorEquilíbrio entre Fases Vapor-Líquida-Sólida para uma Substância Pura



Temperatura de Saturação: designa a temperatura em que ocorre avaporização a uma dada pressão.

Pressão de Saturação: designa a pressão em que ocorre a vaporizaçãoa uma dada temperatura.



Líquido Saturado: substância que existe como líquido na temperatura epressão de saturação.

Líquido Subresfriado: temperatura do líquido é mais baixa que atemperatura de saturação para a pressão existente.

Líquido Comprimido: pressão do líquido é mais alta que a pressão desaturação para a temperatura existente.



Título: razão entre a massa do vapor e a massa total.

x = mvap /m



Vapor Saturado: substância que existe como vapor na temperatura desaturação.

Vapor Superaquecido: vapor que está a uma temperatura maior que atemperatura de saturação.

Gases: vapores altamente superaquecidos.



Ponto Crítico: os estados de líquido saturado e vapor saturado sãoidênticos. A temperatura, a pressão e o volume específico do pontocrítico são chamados temperatura crítica, pressão crítica e volumecrítico



Acima do Ponto Crítico quais são as fases existentes? Essa não éuma questão válida para pressões supercríticas. Chamamos asubstância simplesmente de fluido. Nunca teremos as fases líquida evapor de uma substância pura coexistindo em equilíbrio.



Subscritos l e v: são utilizados para designar os estados de líquidosaturado e de vapor saturado respectivamente.

vvaplliqvapliq mmVVV

vlvvap

lliq xx

mm

mm

mV )1(

Por definição, tem-se:

lvlv

Logo,

lvl x



Ponto Triplo: estado no qual as três fases podem coexistir em equilíbrio.



Ponto Triplo do dióxido de carbono:• Pressão no ponto crítico maior que a pressão atmosférica normal• Mudança de fase observada em ambientes comuns é a

sublimação (Gelo Seco)


Termodinâmica e Transferência de CalorPropriedades Independentes de uma Substância PuraPropriedades Independentes: o estado de uma substância pura simples

compressível é definido por duas propriedades independentes.

Exemplo: se o volume específico e a temperatura do vaporsuperaquecido forem especificados, o estado do vapor estarádeterminado. Por outro lado, os dois estados de líquido saturado evapor saturado possuem a mesma pressão e temperatura, assim noestado de saturação, a pressão e a temperatura não são propriedadesindependentes.


Termodinâmica e Transferência de CalorTabelas de Propriedades TermodinâmicasTabelas de Vapor d’água: resultado de um complexo ajuste de curvas

com base em dados experimentais.


Termodinâmica e Transferência de CalorTabelas de Propriedades Termodinâmicas



Invertido


Termodinâmica e Transferência de CalorTabelas de Propriedades TermodinâmicasExemplo: Calculemos o volume específico de uma mistura de líquido e

vapor d’água saturados a 200°C que apresenta título de 70%.

vl xx )1(

)12736,0(7,0)001156,0(3,0

kg/m 0895,0 3

Tab. B.1.1

Porque não usar a Tab. B.1.2? Daria no mesmo, só que os valores detemperatura na Tab. B.1.2 não são inteiros uma vez que a Tab. B.1.2é feita em função de dados inteiros de pressão (Atenção: a pressão etemperatura nesta tabela estão invertidos).


Termodinâmica e Transferência de Calor


Termodinâmica e Transferência de CalorSuperfícies Termodinâmicas

Água – substância que expande na solidificação


Termodinâmica e Transferência de CalorSuperfícies Termodinâmicas

Substância que contrai na solidificação


Termodinâmica e Transferência de CalorO Comportamento P-V-T dos Gases na Região de Massa Específicas Pequenas ou Moderadas

RTPυmRTPV ou

onde,

MRR

R – constante diferente para cada gás particular (Tab. A.5);– constante universal dos gases = 8,3145 kN.m/kmol K;

M - Massa molar da substância.R


Termodinâmica e Transferência de CalorO Fator de Compressibilidade


Termodinâmica e Transferência de CalorO Fator de Compressibilidade

ZRTPυ


Termodinâmica e Transferência de CalorAplicações na Engenharia


Termodinâmica e Transferência de CalorAplicações na Engenharia

Homenagem ao brasileiro Bartolomeu Gusmão, 1708(documentado apenas em 1783 por franceses)


Termodinâmica e Transferência de CalorLista 02

Exercícios: 3.24; 3.44; 3.52; 3.64; 3.75;

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