utfpr – termodinâmica 1 avaliando propriedades termodinâmicas princípios de termodinâmica para...

UTFPR – Termodinâmica 1

Avaliando Propriedades Termodinâmicas

Princípios de Termodinâmica para Engenharia Capítulo 3

Parte 1


Objetivos

• Apresentar relações de propriedades relevantes à Termodinâmica voltadas para a engenharia;

• Utilizar as propriedades e relações apresentadas, no balanço de energia para sistemas fechados (Cap. 2).


Definindo Estado

• EstadoEstado é a condição de um sistema descrito pelas suas propriedades;

• Os valores de todas as outras propriedades podem ser determinados a partir de algumas propriedades propriedades independentesindependentes;

• O Princípio dos Estados Equivalentes Princípio dos Estados Equivalentes (ou Correspondentes)(ou Correspondentes) diz que são necessárias duasduas propriedades independentes para descrever o estado de Sistemas Simples CompressíveisSistemas Simples Compressíveis, como água e misturas não-reativas.


Princípio dos Estados Equivalentes

• Existe uma propriedade independente para cada forma pela qual a energia de um sistema pode ser variada independentemente;

• O número de propriedades independentes é igual a um (devido a interação de calor) mais o número de interações relevantes do sistema devido ao trabalho.


Sistemas Simples Compressíveis

• Sistema onde existe somente uma forma pela qual a energia do sistema pode ser significativamente alterada por trabalho;

• Como o nome sugere a forma de alterar a energia de sistemas compressíveis simples é por processos de mudança de volume.


Relação p-v-T

• A partir de conhecimento experimental, sabe-se que a temperatura e o volume específico podem ser considerados independentes e a pressão como função destes dois: p= p(T,v);

• Essa função gera uma superfície chamada superfície p-v-T.


Região p-v-T

Com expansão nasolidificação

Com contração nasolidificação


Características na Superfície p-v-T

Regiões Monofásicas, onde o estado pode ser determinadopor duas das propriedades p-v-T

Regiões Bifásicas, onde o estado só pode ser determinadopor v e uma das propriedades p-T

Linha Tripla, onde coexistem as três fases em equilíbrio

Região de Saturação ouDomo de Vapor

Linha de LíquidoSaturado

Linha de VaporSaturado

Ponto Crítico, estado máximo onde podecoexistir, em equilíbrio, líquido e vapor


Projeções – Diagrama de Fases Com expansão na

solidificaçãoCom contração na

solidificação

Nestes diagramas as linhas representam asregiões bifásicas. E cada ponto nestas linhaspermitem observar a Temperatura e Pressão deSaturação.


Diagrama p-v

Percebe-se que:Para T<Tc : mudança defase com p constante;Para T>Tc : p diminui quando v aumenta;Para T=Tc : Ponto de inflexão;


Diagrama T-v


Estados de Líquidos

• Tendo 1Kg de água a uma temperatura de 20ºC e p= 1,014 bar;

São estados denominadoslíquido sub-resfriado, pois está abaixo da temperatura de saturação;Ou líquido comprimido,pois está com pressão maior que de saturação.


Mistura Bifásica Líquido Vapor• Aquecendo o líquido

anterior, mas mantendo a pressão constante, alcança-se o ponto de líquido saturado;

• Após isso será verificada mudança de fase à temperatura constante, até o momento que todo o líquido vaporiza e alcança-se o ponto de vapor saturado;

• Durante o processo de mudança de fase as fases de líquido-saturado e vapor-saturado coexistem e suas quantidades são relacionadas pelo título.

vapor

líquido vapor

m

m m


Estados de Vapor

• Tendo 1Kg de água a uma temperatura de 120ºC e p= 1,014 bar;

São estados denominadosVapor superaquecido, pois está acima da temperatura de saturação;Para estados acima da pressão crítica os termos vapor e líquido perdem seusignificado.


Fusão e Sublimação

Fusão

Sublimação

Vaporização


Obtendo Propriedades Termodinâmicas

• Estes dados podem ser obtidos de várias formas, incluindo tabelas, gráficos, equações e programas de computador;

• Nossa discussão ficará focada nas propriedades da água dadas pelas tabelas A-2 a A-6, também denominadas tabelas de vapor;

• As denominações das tabelas seguem o apêndice do livro “Princípios de Termodinâmica para Engenharia”, 4ª Edição.


Pressão, Volume específico e Temperatura

• Como a pressão e a temperatura são propriedades independentes nas regiões monofásicas de líquido e de vapor;

• Por isso, com essas duas propriedades é possível encontrar as outras;

• A Tabela A-4 é a tabela de água como vapor superaquecido;

• A Tabela A-5 é a tabela de água como líquido comprimido.


Por Exemplo – Vapor Superaquecido

Para água em forma de vapor superaquecido a 4 MPa e 600ºC, tem-se da tabela A-4:

Tsat=250,40ºC

v=0,09885 m³/Kg


Por Exemplo – Líquido Comprimido

Para água em forma de líquido comprimido a 5 MPa e 80ºC, tem-se da tabela A-5:

Tsat=263,99ºC

v=0,0010268 m³/Kg


Por Exemplo – Interpolação Linear

(0,16987 0,15817) ³ / ( 0,15817) ³ /

(1200 1100)º (1150 1100)º

m Kg v m Kg

C C

Para água em forma de vapor superaquecido a 4 MPa e 1150ºC, tem-se da tabela A-4:

Como na tabela não há esta temperatura temos que interpolar os dados, este método é bastante válido epermite boa precisão;

0,16402 ³ /v m Kg


Referências

• MORAN, Michel J. & SHAPIRO, Howard N. Princípios de termodinâmica para engenharia. 4ª edição. LTC. 2002.

utfpr – termodinâmica 1 avaliando propriedades termodinâmicas princípios de termodinâmica para...

Documents