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I. Propriedades Termodinâmicasde Fluidos

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TERMODINÂMICA QUÍMICA APLICADA II

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OBJETIVOS

Identificar o critério para o equilíbrio em sistemas sujeitosa diferentes restrições

Determinar a estabilidade dos sistemas termodinâmicos. Aplicações:

• Identificar as condições de equilíbrio de fases• Critério para o equilíbrio de fases de uma substância

pura em termos da fugacidade e o coeficiente defugacidade.

• Usar a fugacidade no cálculo do ELV de uma substânciapura.

• Propriedades termodinâmicas na transição de fases deuma substância pura

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CONTEÚDO

1.1- Equilíbrio Termodinâmico1.2- Critérios de equilíbrio e estabilidade1.3- Relações matemáticas entre as propriedadestermodinâmicas1.4- Energia livre de Gibbs (Potencial químico),Fugacidade e Coeficiente de Fugacidade1.5- Propriedades termodinâmica na transição de fases1.6- Aplicações e exemplos.

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REFERÊNCIAS

• J.M. Smith, H.C. van Ness. M.M. Abott. Introdução àTermodinâmica da Engenharia Química. 7ª ed., LTC editora,2007.

• S.I. Sandler. Chemical, Biochemical and EngineeringThermodynamics. 4ta edição, Estados Unidos: John Wiley &Sons, 2006.

• R.E. Balzisher, M.R. Samuels. Termodinámica paraIngenieros. Prentice-Hall Inc., 1979.

• J.W. Tester. Thermodynamics and Its Applications. 3ra edição,Estados Unidos: Prentice Hall, 1996.

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Exercício 1.Precisa-se comprimir um gás que será utilizado no reator a 200 atm. O gás queingressa ao compressor, que trabalha isotermicamente a 298 K e 4 atm, obedeceà seguinte equação de estado:

onde a = 0,235 K.m3/kmol e b = 0,105 m3/kmol.atm.Calcular:a) o trabalho requerido pelo compressor se ele trabalha com uma eficiência de

75%,b) o calor extraído no compressor.Dados: Cp gás : 5 kcal/kmol.KSolução.

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R. W = 75235,12 kcal, Q=5556,20 kcal/kmol.

Exercício 2.Em um bocal, certa quantidade de CO2 realiza uma expansão isoentrópica desde70 bar e 430°C até 35 bar. A velocidade de entrada no bocal é muito baixa e oprocesso se realiza em regime estacionário.Calcular a temperatura e velocidade de saída do gás:a) comportamento idealb) comportamento realDados: Cp CO2 = 28.96 + 0.0365*T ; J/mol.K, T = °CSolução.

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R. a) v = 542,49 m/s, T2 = 300,90°C; b) v = 404,60 m/s, T2 = 352,60°C

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1.4- Energia livre de Gibbs(Potencial químico),

Fugacidade e Coeficiente deFugacidade

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Critério para o equilíbrio de fases de uma substância puraem termos da fugacidade e o coeficiente de fugacidade.

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Fugacidade e Coeficiente de Fugacidade em termos da Pressão

Fugacidade e Coeficiente de Fugacidade em termos do Volume

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Exemplo. Usar a fugacidade no cálculo do ELV de um fluido.A pressão de vapor de uma substância pura (ou pressão deequilíbrio líquido-vapor) pode ser calculada a partir de uma EdE ou apartir de equações de pressão de vapor. O cálculo via equações depressão de vapor é mais fácil e rápida, porém nem sempre seencontram os parâmetros das equações de pressão de vapor

EdE Peng-Robinson

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inicio

Ler T e supor P

Computar a e b

Ler Tc, Pc e w

Computar A e B ondeA=aP/(RT)2 e B=bP/RT

Encontrar ZL, ZV

Encontrar fLconhecendo ZL

Encontrar fVconhecendo ZV

Abs(fV/fL - 1) < 0.0001

P = P * fL/fV

Imprimir PPressão desaturação

fim

não

sim

critério de equilíbrio :

Figura 4. Diagrama de fluxo para obtera pressão de vapor usando a EdEPeng-Robinson

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Figura 5. Pressão de vapor do oxigênio usando aEdE Peng-Robinson

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1.5- PropriedadesTermodinâmicas na Transição

de Fases de Fluidos.

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Figura 6. Diagrama de fasesPVT para uma substância

pura

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Figura 7. Diagrama de fases na projeção PT

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Eq. Clapeyron

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Equilíbrio líquido - vapor

Eq. Clausius - Clapeyron

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Equilíbrio sólido - vapor

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Equilíbrio sólido - líquido

Equilíbrio sólido - sólido

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RESUMINDO:1. O estado de equilíbrio de sistemas termodinâmicos fechados de um

componente sujeitos a restrições (U e V constantes, T e V constantes,P e T constantes) pode ser caracterizado.

2. Os critérios de equilíbrio térmico, mecânico e químico foramdeduzidos.

3. Os critérios de estabilidade térmica e mecânica foram determinados.4. Os critérios de equilíbrio e estabilidade foram usados em diversas

aplicações, tais como: Condições de equilíbrio de fases critérios de equilibrio em função da fugacidade e do coeficiente de

fugacidade algoritmo para a determinação da pressão de vapor determinação das equações das curvas de pressão de vapor,

pressão de sublimação, do equilíbrio sólido-líquido e sólido-sólido.

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