Aula 2 - Prop. Subst. Pura

Prof. Enio P. Bandarra Filho

TERMODINÂMICA

Propriedades de uma Substância Pura TERMODINÂMICA

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• Substâncias Puras: são aquelas que possuem a

composição química invariável e homogênea. Substância pura pode existir em mais de uma fase, mas a composição química é a mesma em todas as fases. • Ex. Fases da Água (Gelo, Água, Vapor d´água e Neve)

• Estudo do Comportamento das Substâncias Puras: Realizaremos o estudo de todas substâncias

puras existentes na natureza, analisando detalhadamente detalhadamente o comportamento comportamento da água, que no caso é bem conhecida de todos nas fases líquida, sólida e gasosa. É importante ressaltar que o comportamento de outras substâncias será similar ao da água.

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DIAGRAMAS

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DIAGRAMAS

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DIAGRAMAS

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Diagrama Pressão versus volume específico

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Diagrama Temperatura versus volume específico

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Diagrama Px h para o R-134a

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Diagrama Px h para o CO2 Ponto Crítico (p = 73,6 bar, T = 31,1 °C)

Ponto Triplo (p = 5,2 bar, T = -56,6 °C) Ponto de Congelamento (5,2 bar) = -56,6 °C

Fase Sólida

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Diagrama de fases Sólida

Líquida

73,6 bar

Supercritica

Ponto Crítico

5,2 bar

Vapor Ponto Triplo

-56,6 °C 

31,1 °C 

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Título Termodinâmico • É a porcentagem em massa de uma fase, em equilíbrio termodinâmico com outra, quando a substância considerada muda de fase. Em outras palavras, o título é definido como a razão entre a massa de vapor e a massa total, assim:

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• Existem diversas maneiras de se determinar o título, vamos apresentar uma a partir de uma propriedade Extensiva, Volume.

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1

x

x

Posso aplicar p/ outras propriedades extensivas: H, U, S

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• Exemplo: Um recipiente com capacidade de 0,4 m 3, contém 2 kg de uma mistura de água líquida e vapor em equilíbrio a uma pressão de 600 kPa. Calcule: • O volume e a massa do vapor • O volume e a massa de líquido

P=600 kPa V= 0,4 m3 m= 2 kg

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Exercício:

Determinar a mudança de volume quando 11 gramas de água, em estado de liquido saturado, é evaporada completamente a 100ºC e a 300°C. Solução  A mudança de volume na evaporação será: Tem-se das tabelas de vapor saturado: Encontra-se os volumes Veja o diagrama: Este problema ilustra que a mudança de volume diminui à medida que se aproxima do ponto critico (374°C).

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Equação de estado para Gases •  Através de observações experimentais, percebeu-se que o comportamento P-v-T dos Gases, com baixa massa específica é dado por:

Onde R é a constante de um gás particular dado por:

Exemplo: Calcular a massa de ar na sala de aula nas condições ambientes:

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• Muito bem, o uso dessas equações é conveniente em Termodinâmica, mas questões sobre o que é MASSA ESPECÍFICA BAIXA podem ser levantadas, ou seja, em qual faixa de massa específica posso aplicar essa equação? • Para responder essa pergunta, pesquisadores introduziram o conceito de FATOR DE COMPRESSIBILIDADE, Z:

Observe, na equação, que para um Gás perfeito, Z = 1 Com isso, foram criados diagramas, o primeiro foi para o Nitrogênio.

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Os pesquisadores notaram que os diagramas para vários gases eram semelhantes ao do Nitrogênio.  Assim, introduziu-se o conceito de propriedades reduzidas, que se adequavam perfeitamente para generalização.

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Exercícios:

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1) Um químico recolhe um gás a 18°C, cujo volume é de 50cm 3. Para dimensionar a capacidade do recipiente ele precisa conhecer qual será o volume do gás a 0°C se a pressão for mantida constante. Determine o volume do gás.

2)Um balão metereológico contém 7500m 3 de gás hélio quando está na superfície da Terra à pressão de uma atmosfera. Ao alcançar uma altitude de 20Km o seu volume atinge 150000m3. Admitindo que a temperatura do gás se mantenha constante, qual a pressão do gás hélio nessa altura?

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Exercícios:

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3) Um freezer, regulado para manter a temperatura em seu interior a -19°C, foi fechado e ligado quando a temperatura ambiente estava a 27°C. a) Determine a pressão em seu interior após um certo tempo de funcionamento. b) Compare esse valor com o da pressão interna do freezer num ambiente cuja temperatura seja 40°C. 4) Considerando que um motor a diesel esteja funcionando a uma taxa de compressão de 14:1 e que a temperatura do ar em seu interior atinja o valor de aproximadamente 700°C, calcule o máximo valor da pressão do cilindro antes da injeção do diesel, sabendo que a temperatura ambiente é de 27°C e a pressão é de 1 atmosfera.

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Exercícios:

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5) É razoável admitir o modelo de gás perfeito para as seguintes substâncias nos estados mencionados: a) Oxigênio a 30°C e 3 MPa. b) Metano a 30°C e 3 MPa. c) Água a 30°C e 3 MPa. d) R-134a a 30°C e 3 MPa. e) R-134a a 30°C e 100 kPa.  Água: Pcrit =22,09 MPa Tcrit =374,14 °C

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EX.) Um tubo de vidro selado contém vapor de R-22 a 20°C para a realização de um certo experimento. Deseja-se saber a pressão nessa condição, mas não existe meios para medi-la, pois o tubo é selado. No entanto, quando o tubo é resfriado a -20°C, observase pequenas gotas de líquido formando nas paredes do vidro. Qual é a pressão do R-22 quando a temperatura é de 20°C?

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