03 Substancia pura

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Termodinâmica
Propriedades de uma substância pura
Na aula anterior
● Introdução à Termodinâmica;
● Abordagem termodinâmica;
● Sistemas termodinâmicos;
● Propriedades, estados, processos e fase;
● Propriedade extensiva e intensiva;
● Equilíbrio;
● Temperatura e Lei Zero da Termodinâmica.
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A substância pura
● Uma substância pura é aquela que tem composição
química invariável e homogênea;
● Pode existir em mais de uma fase, mas a composição
química é a mesma em todas as fases.
Região bifásica: duas fases coexistindo em equilíbrio.
● Exemplo:
mistura de água líquida e vapor d’água;
mistura de gelo e água líquida.
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Superfície p--T
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 No interior das regiões
monofásicas (S-L-V) o estado é
determinado por quaisquer duas
propriedades (p,  ou T).
 Nas regiões bifásicas pressão e
temperatura não são
independentes, ou seja, não
pode ser modificada sem a
alteração da outra.
• No interior dessa região o
estado pode ser identificado
pelo  e T ou  e p.
Superfície p--T
Considerações importantes:
● Diagrama de fases: é a
projeção da superfície p--T
sobre o plano p-T.
● Estado de saturação: estado
onde uma mudança de fase
começa ou termina.
● Ponto triplo: três fases
coexistindo em equilíbrio.
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Diagramas
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Equilíbrio de fases numa substância pura
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(b)
Temperatura : 99,6°C
•Transferência adicional de 
calor resulta em uma 
mudança de fase
(a)
Massa de água: 1kg
Pressão do êmbolo: 0,1 MPa
Temperatura inicial: 20°C
(c)
•Última gota vaporizou
•Transferência adicional de 
calor resulta em aumento 
da temperatura e do volume 
específico do vapor.
Equilíbrio de fases numa substância pura
Linha de pressão constante:
representa os estados dois
quais a água passa quando é
aquecida a partir do estado
inicial (0,1MPa e 20°C)
Pressão : 0,1 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Equilíbrio de fases numa substância pura
Ponto A: representa o estado inicial.
Ponto B: representa o estado de líquido
saturado (99,6°C).
Linha AB: representa o processo no qual o
líquido é aquecido desde a temperatura
inicial até a temperatura de saturação.
Ponto C: representa o estado de vapor
saturado.
Linha BC: representa o processo, a
T=constante, no qual ocorre a mudança da
fase líquida para a fase vapor.
Linha CD: representa o processo, a
p=constante, no qual o vapor é
superaquecido. A temperatura e o volume
aumentaram durante este processo.
Pressão : 0,1 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Equilíbrio de fases numa substância pura
Ponto E: estado inicial (volume específico
ligeiramente menor que obtido no ponto
A).
Ponto F: início da vaporização (179,9°C).
Ponto G: estado de vapor saturado.
Linha GH: processo no qual o vapor é
superaquecido.
Pressão : 1 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Equilíbrio de fases numa substância pura
Linha IJKL
Temperatura de saturação: 311,1°C.
Pressão : 10 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Equilíbrio de fases numa substância pura
Linha MNO
Não há processo de vaporização a
temperatura constante.
Ponto N: ponto crítico – estados onde
líquido saturado e vapor saturado são
idênticos.
No ponto crítico temos a temperatura
crítica, pressão crítica e volume crítico.
Pressão : 22,09 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Equilíbrio de fases numa substância pura
Linha PQ
Processo a pressão constante numa
pressão maior que a crítica.
NESTE CASO NUNCA HAVERÁ DUAS FASES!
Quando teremos vapor e quando teremos
liquido?
Para temperaturas inferiores à crítica
referimo-nos ao fluido como líquido
comprimido.
Para temperaturas superiores à crítica
referimo-nos ao fluido como vapor
superaquecido.
Pressão : 40 MPa
Temperatura inicial: 20°C
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Resumindo
Vapor saturado
v
Líquido saturado
l
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Formação de 
vapor a p 
constante sem 
qualquer 
mudança de 
temperatura mas 
com aumento do 
.
Equilíbrio de fases numa substância pura
No equilíbrio:
m
m
mm
m
x v
vl
v 


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Título (propriedade intensiva): indica/distingue as misturas bifásicas de 
líquido e vapor:
Vapor saturado
Líquido saturado
10  x
Diagrama pressão - temperatura
Diagrama que mostra como as fases
sólida, líquida e gasosa podem
coexistir em equilíbrio.
Ao longo da linha de sublimação: as
fases sólida e vapor estão em
equilíbrio.
linha de fusão: fases sólida e líquida
em equilíbrio.
linha de vaporização: fases líquida e
vapor em equilíbrio. Termina no
ponto crítico pois não há a distinção
das fases.
Ponto triplo: onde as três fases
podem existir em equilíbrio.
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Diagrama de fases
Linha AB
Considerando um sólido no estado A.
Quando a temperatura aumenta,
mantendo a pressão constante, a
substancia passa diretamente da fase
sólida para fase vapor.
Linha EF
Solido – líquido – vapor
Linha CD
Passa pelo ponto triplo – 3 fases
coexistindo em equilíbrio.
Linha GH
Não há distinção definida entre fases
liquida e vapor.
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Tabelas Termodinâmicas
Apêndice A
Apêndice B
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Exemplo 1
Considere a água como fluido de trabalho e os estados
termodinâmicos definidos por 120°C e 500 kPa. Determine
a fase de cada um dos estados fornecidos utilizando as
tabelas do Apêndice B.
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Exemplo 1