Aula03_p3de3_Termo_2012_mar25

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UNIOESTE – Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Campus Foz do Iguaçu / Centro de Ciências Exatas
Engenharia Mecânica
TERMODINÂMICA
 Aula 03c – Propriedades das Substâncias Puras
Parte III/III
Prof. Dr Eduardo César Dechechi
dechechi@gmail.com 
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
Engenharia Mecânica
Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
Objetivos:
Apresentar o conceito de Substância Pura;
Discutir a física dos processos de mudança de fase;
Ilustrar os diagramas de propriedades P-v, T-v e P-T e as superfícies P-v-T das substâncias puras;
Demonstrar os procedimentos para a determinação das propriedades termodinâmicas de substâncias puras a partir de tabelas de propriedades;
Descrever a substância hipotética “gás- ideal” e a equação de estado do gás ideal;
Aplicar a equação de estado do gás ideal para resolver problemas típicos;
Introduzir o fator de compressibilidade, que leva em conta o desvio entre os comportamentos dos gases ideais e o do gás ideal;
Apresentar algumas das equações de estado mais conhecidas.
Aula 03 – Propriedades das Substâncias Puras
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Termodinâmica – 2012
Prof Dr Eduardo Dechechi
3. Propriedades das Substâncias Puras
3.1 Substância Pura
3.2 Fases de uma Substância Pura
3.3 Processos de Mudança de Fase de Substâncias Puras
3.4 Diagramas de Propriedades para os Processos de
			Mudança de Fase
		3.5 Tabelas de Propriedades
		3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
O Vapor d’Água é um Gás Ideal?
		3.7 Fator de Compressibilidade
		3.8 Outras Equações de Estado
Equação de Estado de van der Walls
Equação de Estado de Beattie-Bridgman
Equação de Estado de Benedict-Webb-Rubin
Equação de Estado do Virial
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3. Propriedades das Substâncias Puras
3.1 Substância Pura
3.2 Fases de uma Substância Pura
3.3 Processos de Mudança de Fase de Substâncias Puras
3.4 Diagramas de Propriedades para os Processos de
		Mudança de Fase
		3.5 Tabelas de Propriedades
Entalpia; Estados de Líquido Saturado e Vapor Saturado
Mistura de Líquido e Vapor Saturado; Vapor Superaquecido
Líquido Comprimido
		3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
O Vapor d’Água é um Gás Ideal?
		3.7 Fator de Compressibilidade
		3.8 Outras Equações de Estado
Equação de Estado de van der Walls; de Beattie-Bridgman
Equação de Estado de Benedict-Webb-Rubin; Equação de Estado do Virial
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Tabelas de propriedades fornecem informações bastante exatas sobre as propriedades, porém elas são volumosas.
Uma abordagem mais pragmática e desejável seria ter algumas relações entre as propriedades que fossem simples e suficientemente gerais e precisas.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Equação de Estado
Qualquer equação que relacione pressão, temperatura e volume específico de uma substância.
Relações envolvendo outras propriedades de uma substância em estados de equilíbrio também são chamadas de equação de estado.
Existem várias equações de estado, algumas são simples e outras bastante complexas.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Equação de Estado
A equação de estado para substâncias na fase gasosa mais simples e mais conhecida é a Equação de Estado do Gás Ideal.
Gás e Vapor são utilizados como sinônimos. A fase vapor de uma substância é normalmente chamada de gás quando está acima da temperatura crítica. 
Em geral, entende-se por vapor um gás que não está longe do estado de condensação.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Essa equação prevê o comportamento p-v-T de um gás com bastante precisão dentro de uma determinada região.
􀂅 1662 (Robert Boyle): 
observou que a pressão dos gases era inversamente proporcional ao seu volume.
􀂅 1802 (J. Chales & J. Gay-Lussac): 
Determinaram experimentalmente que a baixas pressões o volume de um gás é proporcional à sua temperatura.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Constante Universal dos Gases Ru
É a mesma para todas as substâncias.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Base Molar
Uma barra acima de uma propriedade denota valores na base
molar.
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Exemplo 3-8 Massa de Ar de uma sala
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Exemplo 3-8 Massa de Ar de uma sala
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Gás Ideal
O Vapor d’Água é um Gás Ideal?
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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Gás Ideal
O Vapor d’Água é um Gás Ideal?
Depende!
3.6 Equação de Estado do Gás Ideal
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3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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Obviamente, Z = 1 para gases ideais. 
Para gases reais Z pode ser maior ou menor do que 1.
Quando mais distante Z de estiver da unidade, mais o gás se desviará do comportamento de gás ideal.
3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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Princípio dos Estados Correspondentes
O fator de compressibilidade Z para todos os gases é aproximadamente igual à mesma pressão e temperatura reduzida.
3.7 Fator de Compressibilidade
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Diagrama Geral de Compressibilidade
As seguintes observações podem ser feitas a partirdo diagrama geral de compressibilidade:
A pressões muito baixas (PR << 1), os gases se comportam como gases ideais independentemente da temperatura; 
A altas temperaturas (TR > 2), o comportamento de gás ideal pode ser admitido com boa exatidão, independentemente da pressão (exceto para PR >> 1); 
O desvio de comportamento de gás ideal é maior na vizinhança do ponto crítico.
3.7 Fator de Compressibilidade
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Diagrama Geral de Compressibilidade
Quando P e V, ou T e v são fornecido ao invés de P e T, o diagrama geral de compressibilidade pode ainda ser usado para determinar a terceira propriedade, entretanto isso implica num processo tedioso de tentativa e erro.
Com isso, é preciso definir uma propriedade reduzida adicional chamada volume específico pseudo-reduzido, VR ,
3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
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3.7 Fator de Compressibilidade
Exemplo 3-9 O Uso dos diagramas generalizados
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3.7 Fator de Compressibilidade
Exemplo 3-9 O Uso dos diagramas generalizados
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3.7 Fator de Compressibilidade
Exemplo 3-9 O Uso dos diagramas generalizados
Dado que o projeto de um tanque para armazenar 100,0 kg de R-134a fora feito considerando a equação de gás ideal, para as condições acima, determine:
	a) Qual o valor da pressão absoluta que será estabelecida no tanque com o armazenamento destes 100,0 kg de R134-a na temperatura de 50,0°C?
b) Quanto de massa deverá ser adicionado aos 100,0 kg de R-134-a para que a pressão absoluta seja 1,0MPa?
			
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3.8 Outras Equações de Estado
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Na busca por equações de estado que representam o comportamento p-v-T das substâncias com precisão em uma região maior e sem limitações, várias equações têm sido propostas, a saber:
3.8 Outras Equações de Estado
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Equação de Estado: van der Waals
Esta equação foi proposta em 1873 e tem duas constantes determinadas a partir do comportamento de uma substância no ponto crítico. 
(importância histórica!)
3.8 Outras Equações de Estado
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Equação de Estado: Beattie-Bridgeman
Esta equação foi proposta em 1928 e é uma equação de estado que possui 5 constantes determinadas experimentalmente.
3.8 Outras Equações de Estado
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Equação de Estado: Benedict-Webb-Rubin
Benedict, Webb e Rubin estenderam a Equação de Beattie-Bridgeman em 1940 elevando o número de constantes para 8.
3.8 Outras Equações de Estado
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Equação de Estado: Benedict-Webb-Rubin
3.8 Outras Equações de Estado
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Equação de Estado: Virial
A equação de estado de uma substância pode também ser expressa como uma séria na forma:
Essa e outras equações similares são chamadas de Equações de Estado do Virial e os coeficientes a(T), b(T), c(T) ..., que são funções apenas da temperatura, são chamados de coeficientes do Virial.
Estes coeficientes podem ser determinados experimental ou teoricamente a partir da Mecânica Estatística.
3.8 Outras Equações de Estado
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A precisão das Equações de estado de van der Waals, de Beattie-Bridgeman e de Benedict-Webb-Rubin é ilustrada por
3.8 Outras Equações de Estado
A Equação de Estado de Benedict-Webb-Rubin é a mais exata!
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3.8 Outras Equações de Estado
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3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Exemplo 3-10 Diferentes métodos de Avaliação da Pressão do Gás
3.8 Outras Equações de Estado
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Básicas
ÇENGEL, Y.A. & BOLES, M.A., 2007. Termodinâmica. São Paulo, SP: McGraw-Hill, 740p.
Complementares
BORGNAKKE, C. & SONNTAG, R.E., 2009. Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo, SP: Edgard Blücher, 659p.
MORAN, M.J. & SHAPIRO, H.N., 2009. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 800p.
INCROPERA, F.P., DEWITT, D.P., BERGMAN, T.L. & LAVINE, A.S., 2008. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 643p.
Bibliografia
Unioeste / CECE / Foz do Iguaçu
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