Propriedades de uma Substância Pura

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CAPÍTULO 3 - Propriedades de uma Substância Pura
● Importância de se conhecer as propriedades de uma substância:
○ Antes de projetar ou selecionar um equipamento é preciso saber as
propriedades da substância que irá passar por ele.
● A Substância Pura → composição química invariável e homogênea.
○ Existem em mais de uma fase → composição química é a mesma.
○ Mistura de ar líquido e gasoso → não é substância pura.
■ Só é considerado se não houver mudança de fase.
○ Sistema compressível → substância compressível simples.
● Equilíbrio de fases Vapor - Líquida - Sólida numa Substância Pura:
○ Transferência de calor para um líquido:
■ Resulta num aumento da temperatura e do volume específico
do vapor.
○ Temperatura de saturação → vaporização a uma dada pressão.
■ Essa pressão é chamada de pressão de saturação.
○ Para substância pura → relação entre temperatura e pressão de
saturação.
○ Líquido saturado → existe a temperatura e pressão de saturação.
○ Líquido sub-resfriado:
■ Existe a temperaturas abaixo da saturada, para uma dada
pressão.
■ Ou líquido comprimido → pressão maior do que a de saturação.
➢ Para uma dada temperatura.
○ Título → significado só quando a substância está no estado saturado.
■ Propriedade intensiva → símbolo é x.
○ Vapor saturado → existe como vapor a temperatura de saturação.
■ Vapor saturado seco → título igual a 100%.
○ Vapor superaquecido → temperatura maior que a saturada.
■ Temperatura e pressão nesse estado → independentes.
➢ Temperatura pode aumentar enquanto pressão fica
constante.
■ Gases → vapores superaquecidos.
○ Mistura de fases líquidas e vapor:
■ Mostrada mais claramente em gráficos.
■ Mudança de pressão → muda a temperatura de saturação da
substância.
■ Paralelas BC, FG e JK → mistura de líquido e vapor.
■ Pontos B, F e J → líquido saturado.
■ Pontos C, G, K → vapor saturado.
■ Linhas CD, GH, KL → vapor superaquecido.
■ Ponto N → Ponto crítico.
■ Na linha MNO → não há processo de vaporização a
temperatura constante.
➢ Estado líquido saturado e vapor saturado → iguais.
➢ Pressões acima dela → não haverá duas fases ao longo
do aquecimento.
■ Pressões super-críticas → chamados de fluidos
➢ Não dá pra saber quando se tem líquido ou vapor.
■ Temperaturas inferiores a crítica → Líquidos comprimidos.
■ Temperaturas acima da crítica → Vapor superaquecido.
■ Linha NJFB → linha de líquido saturado.
■ Linha NKGC → linha de vapor saturado.
○ Estado saturado → líquido e vapor saturado em equilíbrio.
■ Cálculo de um volume total para esse estado:
𝑉 = 𝑉
𝑙𝑖𝑞
+ 𝑉
𝑣𝑎𝑝
= 𝑚
𝑙𝑖𝑞
𝑣
𝑙
+ 𝑚
𝑣𝑎𝑝
𝑣
𝑣
■ Volume específico médio:
𝑣 = 𝑉𝑚 =
𝑚
𝑙𝑖𝑞
𝑚 𝑣𝑙 +
𝑚
𝑣𝑎𝑝
𝑚 𝑣𝑣 = (1 − 𝑥)𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣
■ Título: 𝑥 =
𝑚
𝑣𝑎𝑝
𝑚
➢ Pode ser interpretado como:
(𝑣−𝑣
𝑙
)
𝑣
𝑙𝑣
■ Da definição: -𝑣
𝑙𝑣
=𝑣
𝑣
𝑣
𝑙
➢ A equação do volume específico médio pode ser escrita
como: 𝑣 = 𝑣
𝑙
+ 𝑥𝑣
𝑙𝑣
■ Valores de e são tabelados.𝑣
𝑣
𝑣
𝑙
○ Ponto triplo → vapor, líquido e sólido coexistem em equilíbrio.
■ Linha de sublimação → equilíbrio entre sólido e vapor.
■ Linha de fusão → equilíbrio entre sólido e líquido.
■ Linha de vaporização → equilíbrio entre líquido e vapor.
■ Final da linha de vaporização → ponto crítico.
■ Do gráfico → linhas de pressão constante (para água):
➢ De A para B → passa do sólido para vapor.
➢ De E para F → passa pelas 3 fases ao longo do aumento
da pressão.
➢ De C para D → passa pelo ponto triplo.
➢ Linha GH → não dá para distinguir líquido de vapor.
■ Todas as substâncias puras seguem o mesmo comportamento.
○ Ponto triplo e temperatura crítica → variam de acordo com a
substância.
■ É importante considerar esses valores ao analisar uma
substância em um dado estado.
○ Uma substância pode ter diferentes fases sólidas:
■ Mudança de uma fase sólida para outra
➢ Transformação alotrópica.
○ Substância com mais de um ponto triplo:
■ Duas sólidas e uma líquida ou vapor, ou as 3 sólidas.
● Propriedades independentes de uma substância pura:
○ Substância simples compressível → definida por duas propriedades
independentes.
○ Estado saturado → pressão e temperatura não são independentes.
○ Propriedades independentes:
■ Pressão e volume específico ou pressão e título.
■ Especificar um estado de saturação numa substância pura.
○ Estado do ar → permanecendo na fase vapor
■ Pode ser especificada por duas propriedades.
● Tabelas de propriedades termodinâmicas:
○ Elas são tabeladas para muitas substâncias.
○ Apresentadas em geral da mesma forma.
○ Pressão e temperatura são propriedades independentes:
■ Para cada pressão → várias temperaturas.
■ Para cada temperatura → quatro propriedades são tabeladas.
○ Tabelas computadorizadas → programa CATT 2.
■ Apresenta todos os conjuntos de tabelas para água,
refrigerantes e fluidos criogênicos.
● Superfícies termodinâmicas:
○ Representação cartesiana da pressão, temperatura e volume.
■ Cada estado de equilíbrio é representado por uma superfície.
○ Substância pura → duas propriedades intensivas independentes.
○ Mostra o comportamento de uma substância:
■ Volume aumenta com a solidificação.
■ Volume diminui com a solidificação.
○ Região da superfície que representa uma única fase:
■ Estão indicadas → superfícies curvas.
○ Região bifásica → superfícies regradas.
■ Retas paralelas ao eixo de volume específico.
○ Linhas de pressão constante:
■ São linhas de temperatura constantes na região bifásica.
○ Ponto triplo:
■ Aparece na linha tripla na superfície p - v - T.
■ p e T → fixas.
■ Volume específico → pode variar.
➢ Depende das proporções das fases.
● Comportamento p - V - T dos Gases na Região onde as massas específicas
são pequenas ou moderadas:
○ Acumulo de energia a nível molecular → energia potencial
intermolecular.
■ Força de atuação entre as moléculas.
■ A baixa massa específica → desprezada.
➢ Distância entre as moléculas é grande.
○ Nesse caso → fluido é denominado gás perfeito.
○ Comportamento para gases a baixa massa específica é dado por:
e𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑝𝑣 = 𝑅𝑇
■ Lei dos Gases Ideais.
■ T → temperatura dada em escala absoluta.
■ → Constante universal dos gases.𝑅
➢ 8,3145 kJ/kmol.K