Aula 02 Propriedades das substâncias puras

Prévia do material em texto

Aula 2. Propriedades das 
substâncias puras 
Fenômenos de Transporte ESTO016-17 
 
reynaldo.palacios@ufabc.edu.br 
 
Os sistemas termodinâmicos que estudaremos são 
formados por sustâncias químicas, como a água ou o ar. 
 
Para efetuar os cálculos relativos a esses sistemas, 
precisaremos conhecer as propriedades dessas 
sustâncias. 
 
Propriedades como volume específico ou densidade, e 
outras. 
 
No que segue veremos quais são essas propriedades e de 
que forma elas variam ao variar as condições de pressão e 
temperatura a que a sustância está submetida. 
Nebra (2001) 
Propriedades das substâncias puras 
simples compressíveis 
• Substâncias puras: possuem composição química 
uniforme e invariável, independentemente da fase. 
• Sistemas simples: pode‐se desprezar efeitos de 
superfície, magnéticos e elétricos . 
• Sistemas simples compressíveis: produzem 
trabalho apenas pela variação de volume: 
• δW = pdV. 
• Para substâncias puras simples compressíveis, duas 
propriedades independentes caracterizam seu 
estado. 
Fases de uma substância pura 
 
Sólido 
Líquido 
Gás 
Fonte: www.microsoft.com/windows 
Fases de uma substância pura 
 
Cengel e Boles (2005) 
• As principais: sólida, líquida e gasosa 
• Uma fase é identificável por uma organização 
molecular distinta que é homogênea em toda a fase 
e é separada das outras fases por fronteiras 
fácilmente identificáveis. 
Diagrama T x v (substancia se expande ao fundir) 
animação 
Q Q Q Q Q 
(1) (2) (3) 
(4) (5) v 
T 
1 
2 
5 
3 
4 
1) Líquido comprimido 
2) Líquido saturado 
3) Líquido + vapor (saturação) 
4) Vapor saturado 
5) Vapor superaquecido 
Mudança de Fase 
BC 1309 - Termodinâmica Aplicada - Marcelo Modesto 
Diagrama T-v para a água com mudança de fase – linhas de pressão 
constante 
1 MegaPascal = 1 MPa = 1000 kPa 
Diagrama T x v 
Pressão e Temperatura de 
saturação 
O Diagrama P x v 
• Processo de construção 
 
O Diagrama P x v 
• Extensão para incluir a fase sólida. 
• Substâncias que expandem na fusão e que se 
contraem ( água). 
Postulado de estado 
• O estado de um sistema simples compressível 
é completamente definido através de duas 
propriedades intensivas independentes. 
Identificando o Estado 
Dados valores de Pressão (P) e Temperatura (T) 
Consultar Tabela de Saturação da substância (Pressão ou 
Temperatura) 
P = Psat 
P > Psat 
P < Psat 
se 
mistura líquido + vapor 
líquido comprimido 
vapor superaquecido 
T = Tsat 
T < Tsat 
T > Tsat 
se 
mistura líquido + vapor 
líquido comprimido 
vapor superaquecido 
Identificando o Estado 
Dados valores de Pressão (P) ou Temperatura (T) e volume 
específico (v) 
Consultar Tabela de Saturação da substância (Pressão ou 
Temperatura) 
v < vL 
v = vL 
vL < v < vV 
se 
líquido comprimido 
líquido saturado 
mistura líquido + vapor 
v = vv 
v > vv 
vapor saturado 
vapor superaquecido 
Título de uma mistura 
Para uma substância pura numa mistura líquido-vapor é necessário o 
uso do conceito de Título (x) 
misturadatotalmassa
misturanapresentevapormassa
m
m
x
t
v 
Onde: 
lvt mmm 
tm
vm
lm
massa total da mistura 
massa de líquido na mistura 
massa de vapor na mistura 
1x0 
Para misturas líquido-vapor, pressão e temperatura são propriedades 
dependentes (estão relacionadas pela linha do diagrama de fases). 
 Tabela de Temperatura: 
Tabelas Termodinâmicas de Saturação da água 
 Tabela de Pressão: 
Tabelas Termodinâmicas de Saturação de água 
Aproximações para líquidos 
comprimidos 
• Os valores de v, u e h avariam muito pouco 
com a pressão (incompressível), assim pode-
se utilizar a seguinte aproximação: 
 
• v(T,p) ~vlsat(T) 
• u(T,p) ~ulsat(T) 
• h(T,p) ~ hlsat(T) 
Tabelas de vapor superaquecido 
• Para cada pressão, são apresentados valores 
das propriedades para várias temperaturas. Às 
vezes é necessário se realizar interpolações. 
• Ex: p = 0,1 MPa, v = 2 m3/kg. 
Identificando o Estado - Exemplos 
 
• Ex1. Um reservatório tem água saturada a 90°C, qual é a 
• pressão? 
• Ex2. Uma panela de pressão opera a 175 kPa, qual é a 
• temperatura da água saturada dentro? 
• Ex.3 Determine “u”, “v”, e “h” para água a 200 kPa e 100°C. 
• Ex4. Identificar a fase: (a)Líquido saturado, (b)Vapor saturado, 
© mistura saturada, vapor superaquecido: 
 
• – A) Água a 45°C e 7,5 kPa 
• – B) Água a 145°C e 500 kPa 
• – C) Água a 100 kPa e v=1,3 m3/kg 
 
Identificando o Estado - Exemplos 
• Ex5 Determine as propriedades em falta e as 
descrições de fase da seguinte tabela para 
água 
Modelo de Gás Ideal 
Utilizado para representar o comportamento de substâncias 
puras no estado gasoso. 
Possui boa confiabilidade para gases a baixas densidades 
Pode ser definido em base molar ou mássica 
Fonte: Cengel e Boles 
Modelo de Gás Ideal 
A expressão para o modelo de gás ideal tem a forma: 
TRnPV
: pressão (kPa) 
: temperatura (K) 
: número de moles 
: volume (m3) 
: constante universal dos gases (kJ/kmol K) 
P
n
T
V
R
determinada experimentalmente 
Fator de compressibilidade – Uma medida 
do desvio do comportamento de gás ideal 
Dependendo do estado termodinâmico a ser considerado, é 
necessário usar outros métodos para avaliação das 
propriedades termodinâmicas de um gás 
Diagrama Generalizado de Compressibilidade 
Equações de Estado 
O método utiliza uma variável de correção (Z) 
Diagrama Generalizado de Compressibilidade 
ZmRTPV 
0Z
C
r
T
T
T 
C
r
P
P
P 
Temperatura reduzida (função da temperatura crítica) 
Pressão reduzida (função da pressão crítica) 
Diagrama Generalizado de Compressibilidade 
Equações de Estado 
Equação de Van der Walls 
2v
a
bv
RT
P 


C
22
P
TR
64
27
a C
onde: 
C
C
P8
RT
b 
Equação de Redlich e Kwong 
 
  5,0Tbvv
a
bv
TR
P




onde: 
C
5,22
P
TR
42748,0a C
C
C
P
TR
08664,0b 
Equações de Estado 
Equação de Bennedict, Webb e Rubin 
2v
223632
ooo e
v
1
Tv
c
v
a
v
aRTb
v
T/CARTB
v
RT
P






 






