termodinâmica aplicada à agricultura - a11

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Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag Fundamentos da Termodinâmica Tradução da 7ª Edição Americana Capítulo 13 Mistura de Gases

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Page 1: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag

Fundamentos da Termodinâmica

Tradução da 7ª Edição Americana

Capítulo 13 Mistura de Gases

Page 2: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

Mistura de Gases-Ar atmosférico

Page 3: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

Mistura de Gases IdeaisConsiderando uma mistura de N componentes:

Concentração

Fração

M é a massa molecular

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MODELO DE DALTON

As propriedades dos componentes são determinadas como se cada um dos componentes existisse separadamente e independente, ocupando, assim todo o volume na temperatura da mistura.

Page 5: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

MODELO DE DALTON

Neste modelo a Energia Interna (U), a Entalpia (H) e a Entropia (S) podem ser calculadas como a soma das respectivas propriedades de cada componente nas condições em que ele se encontra na mistura. A energia interna e entalpia dos gases ideais somente depende da temperatura, em base mássica:

Page 6: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

MODELO DE DALTONA entropia de uma mistura tem que ser avaliada considerando os modelos de calor específico:

A entropia de uma mistura pode ser obtida pela soma das entropias dos componentes da mistura:

isS

Uma outra alternativa para calcular as entropias dos componentes da mistura:

A variação de entropia de uma mistura pode ser obtida:

Page 7: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

MODELO DE DALTON

Na análise de processos que envolvem misturas de gases ideais com composição constante, deve-se admitir que os calores específicos são constantes também, nestas condições a Energia interna é dada por:

A Entalpia e forma análoga:

A Entropia:

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MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR

Hipóteses:

O ponto de orvalho de uma mistura de gás e vapor d’água é a temperatura na qual o vapor condensa quando é resfriado a pressão constante.

1-A temperatura inicialmente é tal que o vapor está superaquecido (estado 1);2-A mistura é resfriada a pressão constante até o estado 2, então a condensação inicia-se (ponto de orvalho);3-Se a mistura for resfriada a volume constante, 1-3, a condensação inicia-se no estado 3, cuja temperatura é inferior ao estado 2;4-Se o vapor estiver a temperatura de saturação (mistura líquida/vapor), a mistura é saturada e é chamada ar saturado.

Page 9: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR

Umidade Relativa (φ):

Onde: Pv é a pressão parcial de vapor da mistura; Pg é a pressão de saturação

Em função do volume específico, a umidade relativa pode ser dada por:

A umidade absoluta (ω) é dada em função das massas de vapor e de ar seco:

Page 10: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR

O grau de saturação é definido como a relação entre a umidade absoluta real e a umidade absoluta de uma mistura saturada a mesma temperatura e pressão total, esta ultima representa a máxima quantidade de água que pode existir em um ar úmido:

vtotala ppp gv pp .

Onde: pa é a pressão do ar seco; ptotal é a pressão total (atmosférica); pv é a pressão parcial; pg é a pressão de saturação.

gtotal

g

gtotal

g

ppp

ppp

max.

..622,0

A máxima umidade absoluta corresponde a umidade relativa de 100% e é uma função da pressão total (atmosférica) e da temperatura que afetam Pg.

Page 11: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag

APLICAÇÃO DA PRIMEIRA LEI EM MISTURA DE GASES – Exemplo 13.5

Q=-41,76 kJ/kg

Page 12: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

PROCESSO DE SATURAÇÃO ADIABÁTICA

1-Uma mistura ar-vapor entra em contato com água líquida em um duto bem isolado;2-Sendo a UR <100%, uma parte da água ira evaporar e a temperatura da mistura gasosa irá diminuir;3-Se a mistura na saída estiver saturada e o processo for adiabático, esta temperatura é denominada TEMPERATURA DE SATURAÇÃO ADIABÁTICA.

Este é o processo utilizado para se determinar a umidade (relativa e absoluta) de misturas ar-vapor, pois através da medição da pressão e das temperaturas nas seções de entrada e saída.

Page 13: Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A11

PSICRÔMETRO

ATENÇÃO: A temperatura de bulbo úmido NÃO É IGUAL a temperatura de saturação adiabática!!! No entanto para misturas ar-vapor, a pressão e temperatura atmosféricas estas temperaturas são aproximadamente iguais, portanto nestas condições pode ser usada no cálculo, a temperatura de bulbo úmido.

1-Uma mistura ar-vapor escoa ao redor de um termômetro de bulbo seco e outro de bulbo úmido;2-Considerando o processo de saturação adiabática como existente tem-se:3-A temperatura da mistura na seção de entrada;4-A temperatura do ar na seção de saída (temperatura de saturação adiabática;5-Sabendo-se a pressão da mistura ar-vapor;6-Utiliza-se das tabelas termodinâmicas de propriedades do ar (A7) e água saturada (B1);7-Utilizando-se das equação:8-Encontra-se a umidade absoluta ω1;9-Através da equação:encontra-se a umidade relativa.

gtotal

g

ppp.

..622,0

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CARTA PSICOMÉTRICA

1-Para se determinar o estado de uma mistura são necessárias pelo menos três propriedades;2-Neste exemplo a carta é construída para 1 bar;3-As linhas e curvas são obtidas através das equações fundamentais da termodinâmica;

Região de conforto humano

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PROCESSOS NA CARTA PSICOMÉTRICA