EM – 524 : aula 3
Capítulo 3 : Propriedades das
Substâncias Puras
1.
2.
Definições;
Equilíbrio de fase;
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3.
Diagrama temperatura – volume;
Título de uma mistura líquido-vapor;
Diagrama pressão – temperatura;
Diagrama pressão – volume específico;
Superfícies de pressão – volume específico –
temperatura;
Tabela de propriedades;
Definições
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Para uma determinada substância vamos relacionar propriedades que devem ser
conhecidas para descrever o estado ou mudança de estado de um sistema;
Substância pura é aquela que é uniforme e invariante em composição química em
qualquer fase que se encontre (sólida, líquida ou gasosa);
Substâncias simples : um único elemento químico;
Substâncias puras : elementos químicos e compostos estáveis (água em qualquer
fase, ar sem mudança de fase de componentes, nitrogênio, etc;
Substâncias não puras : ligas metálicas, soluções líquidas e mistura de gases;
Determinação das propriedades relevantes : condut. elétrica, térmica, etc.
Substância compressível simples : despreza-se efeitos tensão superficial, efeitos
magnéticos elétricos, gravitacionais e cinéticos, única forma de trabalho reversível é
a variação de volume (P.dV);
Princípio de estado : o número de propriedades independentes requerido para
especificar um estado termodinâmico de um sistema é igual ao número possível de
formas de trabalho mais um (observação experimental);
Duas propriedades independentes : não se pode determinar uma delas através do
conhecimentos da outra;
Pressão de saturação : pressão na qual ocorre uma mudança de fase em uma
determinada temperatura;
Temperatura de saturação : temperatura na qual ocorre uma mudança de fase em
uma determinada pressão (Ex: para P=101,3 kPa temos Tsat = 100oC e para P=500
kPa temos Tsat = 151,9oC);
Equilíbrio de Fase
• Sólido contido em um
cilindro vertical (sólido =
sistema);
• Processo adição de
calor a pressão
constante (peso pistão);
• Fluido do exemplo não
é água!
• Nos estados 2, 3 e 4 e
nos estados 6, 7 e 8 as
propriedades pressão e
temperatura são
dependentes (duas
fases coexistem em
equilíbrio);
Diagrama Temperatura x Volume
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Os diagramas em geral são
ferramentas para visualizarmos
processos e também ajuda na
determinação do estado do sistema;
A região dentro do chapéu é designada
: região de equilíbrio líquido-vapor,
região de saturação, região úmida,
região de duas fases;
6-10-13-c : linha de líquido saturado;
8-12-14-c : linha de vapor saturado;
Região de vapor superaquecido;
Região de líquido comprimido /
subresfriado;
Acima do ponto crítico a mudança de
fase não é distinta (líquido para vapor),
substância é designada de fluido;
Título de uma mistura líquido-vapor = x
x = Mv / M
v = (1-x).vl + x.vv
Reparar no Caminho das isobáricas
(p=cte);
Diagrama Pressão x Temperatura
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Inclinação da linha de fusão
(substância se contrai
quando solidificando);
Ponto triplo : corresponde a
uma pressão e temperatura
na qual as três fases
(sólido, líquido e vapor )
coexistem em equilíbrio;
17 – 18 : processo que vai
da região de sólido para a
região de vapor (gelo seco
(CO2 sol) que a pressão
atmosférica sublima-se a
aprox. –77oC e tem pressão
do ponto triplo igual a 0,52
MPa);
Ponto crítico : acima do
ponto crítico não existe uma
mudança de fase distinta e
repentina, a mudança é
gradual e contínua;
Diagrama Pressão – Volume Específico
• Caminho das isotérmicas;
Superfícies de pressão – volume específico temperatura
• Regiões em que existe uma
única fase, e portanto as
propriedades pressão,
temperatura e volume são
independentes;
• Regiões de duas fases (sólidolíquido, sólido-vapor e líquidovapor) onde as propriedades
temperatura e pressão não
são independentes;
• Na linha tripla as três fases
existem em equilíbrio;
Diagramas P x V x T
Tabela de Propriedades
• Tabelas de propriedades termodinâmicas
de algumas substâncias de interesse
foram desenvolvidas (medidas e
tabuladas) para auxiliar nos cálculos de
desempenho em turbinas a vapor,
reatores nucleares, geradores de vapor,
ciclos de refrigeração, etc.
Exercícios Resolvidos
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Exemplo 3.1
Exemplo 3.2
Exemplo 3.3
Exemplo 3.4
Exemplo 3.5
Exemplo 3.6
Exemplo 3.7