Post on 17-Apr-2015
UTFPR – Termodinâmica 1
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Princípios de Termodinâmica para Engenharia Capítulo 3
Parte 1
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Objetivos
• Apresentar relações de propriedades relevantes à Termodinâmica voltadas para a engenharia;
• Utilizar as propriedades e relações apresentadas, no balanço de energia para sistemas fechados (Cap. 2).
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Definindo Estado
• EstadoEstado é a condição de um sistema descrito pelas suas propriedades;
• Os valores de todas as outras propriedades podem ser determinados a partir de algumas propriedades propriedades independentesindependentes;
• O Princípio dos Estados Equivalentes Princípio dos Estados Equivalentes (ou Correspondentes)(ou Correspondentes) diz que são necessárias duasduas propriedades independentes para descrever o estado de Sistemas Simples CompressíveisSistemas Simples Compressíveis, como água e misturas não-reativas.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Princípio dos Estados Equivalentes
• Existe uma propriedade independente para cada forma pela qual a energia de um sistema pode ser variada independentemente;
• O número de propriedades independentes é igual a um (devido a interação de calor) mais o número de interações relevantes do sistema devido ao trabalho.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Sistemas Simples Compressíveis
• Sistema onde existe somente uma forma pela qual a energia do sistema pode ser significativamente alterada por trabalho;
• Como o nome sugere a forma de alterar a energia de sistemas compressíveis simples é por processos de mudança de volume.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Relação p-v-T
• A partir de conhecimento experimental, sabe-se que a temperatura e o volume específico podem ser considerados independentes e a pressão como função destes dois: p= p(T,v);
• Essa função gera uma superfície chamada superfície p-v-T.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Região p-v-T
Com expansão nasolidificação
Com contração nasolidificação
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Características na Superfície p-v-T
Regiões Monofásicas, onde o estado pode ser determinadopor duas das propriedades p-v-T
Regiões Bifásicas, onde o estado só pode ser determinadopor v e uma das propriedades p-T
Linha Tripla, onde coexistem as três fases em equilíbrio
Região de Saturação ouDomo de Vapor
Linha de LíquidoSaturado
Linha de VaporSaturado
Ponto Crítico, estado máximo onde podecoexistir, em equilíbrio, líquido e vapor
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Projeções – Diagrama de Fases Com expansão na
solidificaçãoCom contração na
solidificação
Nestes diagramas as linhas representam asregiões bifásicas. E cada ponto nestas linhaspermitem observar a Temperatura e Pressão deSaturação.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Diagrama p-v
Percebe-se que:Para T<Tc : mudança defase com p constante;Para T>Tc : p diminui quando v aumenta;Para T=Tc : Ponto de inflexão;
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Diagrama T-v
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Estados de Líquidos
• Tendo 1Kg de água a uma temperatura de 20ºC e p= 1,014 bar;
São estados denominadoslíquido sub-resfriado, pois está abaixo da temperatura de saturação;Ou líquido comprimido,pois está com pressão maior que de saturação.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Mistura Bifásica Líquido Vapor• Aquecendo o líquido
anterior, mas mantendo a pressão constante, alcança-se o ponto de líquido saturado;
• Após isso será verificada mudança de fase à temperatura constante, até o momento que todo o líquido vaporiza e alcança-se o ponto de vapor saturado;
• Durante o processo de mudança de fase as fases de líquido-saturado e vapor-saturado coexistem e suas quantidades são relacionadas pelo título.
vapor
líquido vapor
m
m m
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Estados de Vapor
• Tendo 1Kg de água a uma temperatura de 120ºC e p= 1,014 bar;
São estados denominadosVapor superaquecido, pois está acima da temperatura de saturação;Para estados acima da pressão crítica os termos vapor e líquido perdem seusignificado.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Fusão e Sublimação
Fusão
Sublimação
Vaporização
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Obtendo Propriedades Termodinâmicas
• Estes dados podem ser obtidos de várias formas, incluindo tabelas, gráficos, equações e programas de computador;
• Nossa discussão ficará focada nas propriedades da água dadas pelas tabelas A-2 a A-6, também denominadas tabelas de vapor;
• As denominações das tabelas seguem o apêndice do livro “Princípios de Termodinâmica para Engenharia”, 4ª Edição.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Pressão, Volume específico e Temperatura
• Como a pressão e a temperatura são propriedades independentes nas regiões monofásicas de líquido e de vapor;
• Por isso, com essas duas propriedades é possível encontrar as outras;
• A Tabela A-4 é a tabela de água como vapor superaquecido;
• A Tabela A-5 é a tabela de água como líquido comprimido.
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Por Exemplo – Vapor Superaquecido
Para água em forma de vapor superaquecido a 4 MPa e 600ºC, tem-se da tabela A-4:
Tsat=250,40ºC
v=0,09885 m³/Kg
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Por Exemplo – Líquido Comprimido
Para água em forma de líquido comprimido a 5 MPa e 80ºC, tem-se da tabela A-5:
Tsat=263,99ºC
v=0,0010268 m³/Kg
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Por Exemplo – Interpolação Linear
(0,16987 0,15817) ³ / ( 0,15817) ³ /
(1200 1100)º (1150 1100)º
m Kg v m Kg
C C
Para água em forma de vapor superaquecido a 4 MPa e 1150ºC, tem-se da tabela A-4:
Como na tabela não há esta temperatura temos que interpolar os dados, este método é bastante válido epermite boa precisão;
0,16402 ³ /v m Kg
Avaliando Propriedades Termodinâmicas
Referências
• MORAN, Michel J. & SHAPIRO, Howard N. Princípios de termodinâmica para engenharia. 4ª edição. LTC. 2002.