Propriedades das Substâncias Puras

Aula 05

Substâncias Puras

Substância Pura é aquela que tem composição química invariável e homogênea. Pode existir em mais de uma fase ou estado físico, mas a composição química é a mesma em todas as fases.

Substâncias Puras

Um motivo importante para a introdução do conceito de substância pura é que o estado de uma substância pura simples compressível é definido por duas propriedades independentes. Isto significa que, se, por exemplo, o volume específico e a temperatura do vapor superaquecido forem especificados, o estado de vapor estará determinado.

Transformações de Fase

Processo de aquecimento de água• 1 Fase Aquecimento da massa de líquido:‐

A temperatura sobe até o líquido começar a evaporar;O volume específico aumenta ligeiramente;

• 2 Fase Transformação de fase:‐A temperatura permanece constante enquanto o líquido se transforma em vapor;O volume aumenta significativamente;

• 3 Fase Aquecimento de vapor:‐Há o aumento da temperatura e do volume durante essa fase;

Equilíbrio de Fases

Temperatura de Saturação é a temperatura em que ocorre a vaporização a uma dada pressão. Essa pressão é chamada de Pressão de Saturação para uma dada temperatura. Se supormos, por exemplo, a pressão inicial da 0,1MPa e a temperatura inicial 20°C veremos que a temperatura se elevará até 99,6 °C sem um aumento substancial da pressão. Dizemos que a Pressão de Saturação da água a 99,6°C é 0,1 MPa e a Temperatura de Saturação é 99,6°C a 0,1 MPa. Para uma substância pura essa relação é bem definida.

Equilíbrio Líquido-VaporCurva de Pressão de Vapor

Diagrama T-vLíquido-Vapor

Terminologias

• Líquido Saturado – O estado do líquido no qual o vapor começa a se formar durante o aquecimento a pressão constante.

• Vapor Saturado – O estado no qual todo o líquido se vaporizou por aquecimento.

• Pressão de Vapor - Relação entre a temperatura e a pressão de saturação, define a condição em que o sistema começa a mudar da fase líquida para vapor.

• Linha de Líquido Saturado – Linha determinada pelos estados de líquido saturado.

• Linha de Vapor Saturado – Linha determinada pelos estados de vapor saturado.

Terminologias

• Regiões de Saturação - Nestas regiões há um mistura de duas fases. As propriedades termodinâmicas são determinadas a partir das frações entre elas.

• TÍTULO – É a fração entre a massa de vapor saturado e de líquido saturado:

• Região de Líquido Comprimido - Região à esquerda da linha de líquido saturado.

• Região de Vapor Superaquecido – Região à direita da linha de vapor saturado.

Terminologias

• Região Bifásica – Região entre linhas de saturação.• Ponto Crítico – Ponto de encontro entre a linha de líquido

saturado e a linha de vapor saturado.• Ponto Triplo – Estado em que as três fases – sólida, líquida e

gasosa – estaõ em equilíbrio.

Equilíbrio Sólido-Líquido

Equilíbrio Sólido-Vapor

Diagrama de FasesPonto Triplo

Pontos Triplos

Superfícies Termodinâmicas

Exemplos:1) Um arranjo cilindro pistão contém inicialmente 50 I de água na fase

líquida a 40C e 200kPa. Calor é transferido à água a pressão constante até que todo o líquido seja vaporizado. Nessas condições determine:

a) A massa de líquidob) A temperatura finalc) Mostre o processo em um diagrama P-v com relação a linhas de

saturação

2) Um tanque rígido contém vapor d'água a 250C a uma pressão desconhecida. Quando o tanque é resfriado a 150 C. o vapor começará a condensar. Estime a pressão inicial do tanque.

Exemplos:3) Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente vapor d'água a 3,5 MPa

com um superaquecimento de 5 °C. O vapor perde calor para a vizinhança e o pistão desce, atingindo os batentes. Nesse ponto, o cilindro contém somente água saturada. O resfriamento continua até o que o cilindro contenha água a 200 °C.

Determine: a) a temperatura inicial;b) a pressão final; c) o título da mistura.

Exemplos:4) A pressão manométrica (relativa) de um pneu de automóvel depende

da temperatura no interior do pneu. Quando a temperatura do ar é de 25°C, o manômetro indica 210 kPa. Se o volume do pneu for de 0.025m3, determine o aumento de pressão do pneu quando a temperatura do pneu subir para 50°C. Da mesma forma determine a quantidade de massa de ar que deve sair para restaurar a pressão original nessa temperatura. Suponha que pressão padrão seja de 100 kPa.

Exemplos:5) Um tanque rígido com 1m3 contém propano a 100 kPa e 300 K e está

conectado, através de uma tubulação com uma válvula a outro tanque de 0,5m3 de volume que contém propano a 250 kPa e 400K. A válvula é aberta e espera-se até que o equilíbrio seja estabelecido. Sabendo que a temperatura de equilíbrio é de 325K. determine a pressão final do processo.

Exemplos:6) A figura mostra um conjunto cilindro-pistao que se encontra

inicialmente com 0,1 m3 de água a 5 MPa e 400°C . Se o pistão está encostado no fundo do cilindro a mola exerce uma força tal que é necessária uma pressão de 200 kPa para movimentar o pistão. O sistema é resfriado até que a pressão atinja 1200 KPa. Calcule a massa e o volume específico no estado final. Mostre o processo no diagrama P-v admitindo que a mola seja linear.

CALOR E TRABALHO

TRABALHO

• Pode ser definido como sendo uma força que age através de um deslocamento na direção da forçaPode ser definido como sendo uma força que age através de um deslocamento na direção da força.

• Essa relação permite calcular o trabalho necessário para levantar um peso, esticar um fio ou mover uma partícula carregada através de um campo eletromagnético.

TRABALHO

Em Termodinâmica, devemos relacionar a definição de trabalho com os conceitos de sistemas, propriedades e processos. Define‐se trabalho como:Um sistema realiza Trabalho se o único efeito sobre a vizinhança puder ser considerado com o levantamento de um peso.

• Se o Trabalho for realizado sobre o sistema é negativo;• Se o Trabalho for realizado pelo sistema é positivo;

TrabalhoMovimento de Fronteira

Pode ser ilustrado pela expansão de um gás no interior de um cilindro e que movimenta um pistão de massa constante.O gás se expande porque a pressão do gás é infinitesimalmente maior que a pressão atmosférica e a do peso do pistão. Essa diferença de pressão faz com que o pistão inicie seu movimento;

Exemplos:1) Um conjunto cilindro pistão contém uma substância a 100°C e

título de 90%. O pistão apresenta área de se ão transversal de 0,006 m2, massa de 90 kg e está travado por um pino. O pino é removido e espera-se que o si tema atinja o equi líbrio. Sabendo que a pressão atmosférica é de 100 kPa e que a temperatura no estado final ' de 10°C, determine: a) A pressão e o volume no estado final. b) O trabalho realizado pela substância.

Exemplos:2) Um cilindro com área de 7.012 cm 2 contém 2 kg de água e apresenta dois pistões.

O suprimento de massa é de de 100 kg e inicialmente está encostado nos esbarros. O inferior tem massa desprezível e a mola está distendida quando o pistão interior está encostado no fundo do cilindro. O volume confinado é de 0,3 m3 quando o pistão inferior toca nos esbarros. No estado inicial a pressão é de 50 kPa e o volume é de 0,00206 m3. Transtere-se calor a água até que se obtenha vapor saturado. N essas condições obtenha: A temperatura e pressão na água para que o pistão superior inicie o movimento: A temperatura, pressão e volume específico no estado final e o Tbalho realizado pela água. Considere que o espaço entre os pistões é feito vácuo.