Material de aula - Seção 1 2

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Conceitos:
• Fase
• Mudança de fase
• Substância pura
Diagrama P – v - T
Estado em que o sistema se encontra
Analisaremos um ciclo termodinâmico considerando as partes deste ciclo como sistemas independentes.
Com o conteúdo desta seção, estaremos capacitados a fazer o balanço de energia de um sistema.
Fase de uma substância: quantidade de matéria que é homogênea como um todo, tanto em sua 
composição química como em sua estrutura física.
A fase pode ser sólida, líquida ou gasosa (no caso da água, chamamos a fase gasosa também de vapor).
Homogeneidade da estrutura física: há apenas uma das fases.
Coexistência de fases: mais de uma fase da substância pode estar presente num determinado instante.
Substância pura: é aquela cuja composição química é uniforme e invariável. Pode existir em mais 
de uma fase, mas sua composição química deve ser a mesma em cada fase.
Substância pura simples: é formada por átomos de um único elemento químico.
Exemplos: 
Substância pura composta: é formada por uma molécula de mais de um elemento químico.
Exemplos: água e dióxido de carbono 
Sobre o êmbolo são colocadas 
algumas anilhas de ferro.
Fp é a força devido ao êmbolo e 
as anilhas.
P1 é constante durante o processo.
Região de saturação: as fases líquido e vapor coexistem em equilíbrio.
Neste momento, a temperatura permanece constante e é chamada de 
temperatura de saturação.
A pressão também é constante. É a pressão de saturação.
Em (b) a água é aquecida e sua temperatura aumenta até que uma primeira molécula 
passe para a fase de vapor. Até aqui, o volume específico praticamente não muda.
Em (d) toda a água já se transformou em vapor. A temperatura passa a aumentar 
novamente. O volume específico aqui já é bem menor.
Graficamente, temos:
Trecho AB: líquido comprimido ou 
líquido sub-resfriado.
Ponto B: líquido saturado. E 𝑣𝐿 é o volume 
específico do líquido saturado
Trecho BC: região se saturação (P e T constantes).
Ponto C: vapor saturado. E 𝑣𝑉 é o volume 
específico do vapor saturado.
Trecho CD: vapor superaquecido.
Estado de saturação é o estado no qual um mudança 
de fase se inicia e termina
Ponto triplo da água: temperatura de
e pressão de
: : vaporização e condensação.
: sublimação.
: fusão e solidificação.
Ponto crítico: é a temperatura mais alta em que líquido
e gás podem coexistir. Para a água ocorre em 374,14
Celsius e 22,09 Mpa (218 atm).
O processo de fusão ocorre também para pressões 
acima da pressão crítica.
Na água, temos diferentes fases sólidas: Gelo I a 
Gelo VI.
Transformação alotrópica: é a mudança de uma fase 
sólida em outra fase sólida.
Gelo II, num processo isobárico, pode passar para
Gelo III ou Gelo V.
Diagrama T – v para a água para linhas de pressão constantes (isobáricas).
Domo de vapor
Instrumentos instalados no processo: manômetro e termopar.
• Esses dois instrumentos são suficientes para determinar o estado em que a água se encontra 
nos pontos monitorados do ciclo?
• Com esses dois medidores é possível determinar a fase (ou as fases) em que a água se encontra?
• Na saída da caldeira (água na fase vapor) o que acontece com a temperatura de saturação se ocorrer 
um aumento repentino da pressão?
• Sabendo que a turbina opera somente com vapor, qual é o título mínimo admissível em sua saída?
• Esses dois instrumentos são suficientes para determinar o estado em que a água se 
encontra nos pontos monitorados do ciclo?
Reposta: Em todos os pontos do processo não. Pois para determinarmos um estado 
termodinâmico bastam duas propriedades termodinâmicas independentes. Mas na 
região de saturação a pressão e a temperatura são dependentes. Para cada pressão de 
saturação existe uma temperatura de saturação fixa e vice-versa.
Com esses dois medidores é possível determinar a fase (ou as fases) em
que a água se encontra?
Resposta: Sim, é possível determinar as fases em
que água se encontra: líquida, vapor, ou líquida e
vapor (mistura bifásica).
Mas para definirmos um estado termodinâmico é,
se estivermos na região saturada, temos que
conhecer mais uma propriedade termodinâmica.
Se conhecermos o volume específico, ou o título da
mistura, daí o estado está determinado.
Na saída da caldeira (água na fase vapor) o que acontece com a 
temperatura de saturação se ocorrer um aumento repentino da pressão?
Resposta: Na saída da caldeira, a água 
encontra-se na fase vapor. 
De acordo com o diagrama T-v,
um aumento na pressão causa um 
aumento na temperatura de saturação 
da água.
Sabendo que a turbina opera somente com vapor, qual é o título mínimo admissível 
em sua saída?
Resposta: a água imediatamente na saída da turbina deve estar no estado de vapor. 
Sua condição mínima na saída é de vapor saturado.
Da definição de título temos
Como a massa total da água encontra-se na fase de vapor, conclui-se que o título na 
saída da turbina é de 100%.