I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos - ? Usando as tabelas de vapor, mostrar que as condies

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I. Propriedades Termodinmicasde FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II1TERMODINMICA QUMICA APLICADA III. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II2OBJETIVOS Identificar o critrio para o equilbrio em sistemas sujeitosa diferentes restries Determinar a estabilidade dos sistemas termodinmicos. Aplicaes: Identificar as condies de equilbrio de fases Critrio para o equilbrio de fases de uma substnciapura em termos da fugacidade e o coeficiente defugacidade. Usar a fugacidade no clculo do ELV de uma substnciapura. Propriedades termodinmicas na transio de fases deuma substncia pura3I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA IICONTEDO1.1- Equilbrio Termodinmico1.2- Critrios de equilbrio e estabilidade1.3- Relaes matemticas entre as propriedadestermodinmicas1.4- Energia livre de Gibbs (Potencial qumico),Fugacidade e Coeficiente de Fugacidade1.5- Propriedades termodinmica na transio de fases1.6- Aplicaes e exemplos.Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II4REFERNCIAS J.M. Smith, H.C. van Ness. M.M. Abott. Introduo Termodinmica da Engenharia Qumica. 7 ed., LTC editora,2007. S.I. Sandler. Chemical, Biochemical and EngineeringThermodynamics. 4ta edio, Estados Unidos: John Wiley &Sons, 2006. R.E. Balzisher, M.R. Samuels. Termodinmica paraIngenieros. Prentice-Hall Inc., 1979. J.W. Tester. Thermodynamics and Its Applications. 3ra edio,Estados Unidos: Prentice Hall, 1996.I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II5I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos1.1- O EquilbrioTermodinmicoProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II61.2. O CRITERIO PARA O EQUILIBRIOBalano de energiaBalano de entropia2da lei da termodinmica Sistema fechado a V constante e sem troca de calorI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II7Balano de energiaBalano de entropia Sistema fechado a T e V constantes2da lei da termodinmicaI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II8 Sistema fechado a T e P constantesBalano de energiaBalano de entropia2da lei da termodinmicaI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II9I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos1.2- Critrios de Equilbrioe EstabilidadeProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II10Figura 1. Sistema no uniforme e adiabticoNI, SI, UI, VI NII, SII, UII, VIIPI, TI PII, TII1.2.1- INTERPRETAO DO CRITRIO DE EQUILBRIOI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II11da equao fundamentalde ondetambmProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II12/ equilbrio trmicoequilbrio mecnicoequilbrio qumico///lembrando que:Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II13EQUILBRIO VS ESTABILIDADECritrio de equilbrioCritrio de estabilidadeI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II14Sistema RestriesCritrio deequilbrioCritrio deestabilidadefronteiras fixas,adiabtico,isoladoU, V ctesS = mximodS = 0d2S < 0Fronteiras fixas,isotrmico,fechadoT, V ctesA = mnimodA = 0d2A > 0Isobrico,isotrmico,fechadoP, T ctesG = mnimodG = 0d2G > 0Tabela 1. Critrios de equilbrio e estabilidadeI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II15Exemplo 1.Usar as tabelas de vapor para demostrar que a condio deequilbrio GI = GII satisfeita a 100 C e 0.10135 MPa.Soluos condies de P e T dadas pelo exemplo, determinamos tipo devapor, e achamos que vapor saturado e lquido saturado.Da mesma tabela a 100 C e 0.10135 MPa obtemosmasento para o lquido saturado, temos quee para o vapor saturadoI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II16com o qual se confirma queConcluso. demostramos um estado de equilbrio defases, neste caso LVI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II171.2.2- O CRITRIO PARA A ESTABILIDADE NOSSISTEMAS TERMODINMICOSI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II18critrio de estabilidade trmicacritrio de estabilidade mecnicaO que um estado de equilbrio estvel - Pequena flutuao interna se dissipa ao invs de aumentar.- Uma pequena modificao no sistema, o sistema voltar sozinho paraa mesma condio de equilbrio inicial.I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II19Exemplo 2.Usando as tabelas de vapor, mostrar que as condies de estabilidadeso satisfeitas pelo vapor superaquecido.Soluoa. Mostrar que (P/V)T < 0 (V P , T = cte)das tabelas de vapor superaquecido a 1000 Cb. Mostrar que Cv > 0Calcular Cv para 2.0 MPa e 1000 CI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II20T1 U10,2933I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II21Exemplo 3. Identificar as condies de equilbrio de fasesFigura 2. Isotermas obtidas da EdE van der Waalsestvelponto crticoinestvelI. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II22I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos1.3- Relaes Matemticasentre as PropriedadesTermodinmicasProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II231.3.1. Energia Livre de GibbsI. Propriedades Termodinmicas de FluidosdQdQsistemavizinhanaProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II24I. Propriedades Termodinmicas de FluidosOutra forma de expressar o equilbrio:Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II25I. Propriedades Termodinmicas de FluidosExemplos: a uma dada presso e temperatura1. Equilbrio Qumico:2. Equilbrio de Fases:3.4.Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II261.3.2. Relaes TermodinmicasI. Propriedades Termodinmicas de FluidosDefinies de H,A e GEquaes FundamentaisFunes de PotencialProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II27I. Propriedades Termodinmicas de FluidosRelaes de MawvellExemplos:Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II28I. Propriedades Termodinmicas de FluidosCoeficientesIdentidadesCapacidades CalorficasCoeficiente decompressibilidade isotrmicaCoeficiente deDilatao cbicaProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II29I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos1.3.3. Relaes mais importantes !!!!!!!!!!!!H=H(T,P)U=U(T,V)S=S(T,P)Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II30I. Propriedades Termodinmicas de FluidosCapacidades calorficasCoeficiente de Joule-ThompsonCoeficiente de EukenProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II31I. Propriedades Termodinmicas de FluidosPara lquidos e slidos: V=V(T,P)Coeficiente de compressibilidade adiabtica:Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II32I. Propriedades Termodinmicas de Fluidos1.3.4. Avaliao das propriedades termodinmicas reais dosfluidos purosPTP2P1P*T1=T* T212a bH1H2DH1aDHabDHb2ENTALPIAProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II33I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II34I. Propriedades Termodinmicas de Fluidosa) Se o fluido tem comportamento ideal:ou seja:Se o fluido lquido ou slido:P influi muito pouco sobre H, por que:b) Se o fluido no tem comportamento ideal:tem que se conhecer a equao (EdE) que governa o comportamento dessefluido;P=P(T,V) : explcitas na presso,V=V(T,P) : explcita no volume,A EdE geralmente uma equao de estado cbica.Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II35I. Propriedades Termodinmicas de FluidosPTP2P1P*T1=T* T212a bS1S2DS1aDSabDSb2ENTROPIAProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II36I. Propriedades Termodinmicas de FluidosProf. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II37I. Propriedades Termodinmicas de FluidosExerccio 1.Precisa-se comprimir um gs que ser utilizado no reator a 200 atm. O gs queingressa ao compressor, que trabalha isotermicamente a 298 K e 4 atm, obedece seguinte equao 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 eficincia de75%,b) o calor extrado no compressor.Dados: Cp gs : 5 kcal/kmol.KSoluo.Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II38I. Propriedades Termodinmicas de FluidosR. W = 75235,12 kcal, Q=5556,20 kcal/kmol.Exerccio 2.Em um bocal, certa quantidade de CO2 realiza uma expanso isoentrpica desde70 bar e 430C at 35 bar. A velocidade de entrada no bocal muito baixa e oprocesso se realiza em regime estacionrio.Calcular a temperatura e velocidade de sada do gs:a) comportamento idealb) comportamento realDados: Cp CO2 = 28.96 + 0.0365*T ; J/mol.K, T = CSoluo.Prof. Pedro ArceTERMODINMICA QUMICA APLICADA II39I. Propriedades Termodinmicas de FluidosR. a) v = 542,49 m/s, T2 = 300,90C; b) v = 404,60 m/s, T2 = 352,60C

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