Slide - Propriedades Termodinâmicas - Substâncias Puras - Termodinâmica - 2023-2

Propriedades termodinâmicas: substâncias puras: diagramas de equilíbrio e uso de tabelas ZEA0466 – Termodinâmica - FZEA/USP Profa Izabel C. F. Moraes Objetivos: ✓ Apresentar o conceito de substância pura ✓ Ilustrar os diagramas de propriedades P-; T- ✓ Demonstrar os procedimentos para a determinação das propriedades termodinâmicas de substâncias puras a partir de tabelas de propriedades ✓ Ilustrar os diagramas de propriedades P-T ✓ Discutir a física dos processos de mudança de fase Capítulo 3. Cengel & Boles. Termodinâmica. Ed McGraw Hill. 7ª ed, 2013 Substância pura ✓ Possui a mesma composição em toda a sua extensão; ✓ Pode existir em mais de uma fase, mas a composição química é a mesma em todas as fases; ✓ Pode ter mais de um componente ou composto químico Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Fase ✓ Quantidade de matéria totalmente homogênea em composição química e estrutura física ✓ Em uma fase todas as propriedades são uniformes; ✓ Separação entre fases = fronteira facilmente identificáveis FASE Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Diagramas de propriedades Experimento: Processo isobárico; substância pura = água. Comportamento: Temperatura (T) e volume específico () (T-  ) Vamos medir a massa, o volume ocupado pelo fluido e a T á medida que aquecemos lentamente o recipiente. 20 °C, 1 atm Estado 1 100 °C, 1 atm Estado 2 100 °C, 1 atm Estado 3 Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Fig 3.11 Diagrama T-  para o processo de aquecimento de água a pressão constante. Figuras adaptadas do Çengel & Boles (7ª ed) Líquido comprimido Líquido saturado Mistura líquido-vapor saturado Vapor saturado Vapor superaquecido Até que a última gota de líquido se evapore Parte do líquido saturado se evapora Líquido pronto para se vaporizar Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Diagramas T- nottinghamscience,(ponto crítico do CO2) https://www.youtube.com/watch?v=yBRdBrnIlTQ https://www.youtube.com/watch?v=GEr3NxsPTOA água Diagramas T- para água Fonte: Ferreira, M.S. – USP/Politécnica Temperatura de saturação Pressão de saturação Diagramas T- Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Diagramas de propriedades Experimento 2: Processo isotérmico; substância pura. Comportamento: pressão (P) e volume específico () (P-  ) Vamos medir a massa, o volume ocupado pelo fluido e a P á medida que diminuímos a pressão lentamente Diagramas P- Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Diagramas T-  e P- Região de saturação P = Psat e T = Tsat Região de saturação P = Psat e T = Tsat ➢ Pressão e temperatura não são independentes na região bifásica; ➢ Temperatura e pressão estão univocamente relacionadas. T define P e vice-versa; ➢ Utiliza-se o título para determinação de um estado termodinâmico em uma região bifásica ✓ Região de vapor superaquecido Se T = Tsat e P < Psat P = Psat e T > Tsat ✓ Região de líquido comprimido ✓ Ou região de líquido resfriado Se T = Tsat e P > Psat P = Psat e T < Tsat Determinação do estado termodinâmico Propriedades independentes: ✓ Substância pura compressível simples: substância pura na ausência de movimento, ação da gravidade; efeitos de superfície, magnéticos ou elétricos. O estado termodinâmico da substância é definido por duas propriedades intensivas independentes. Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Título (x) razão entre a massa de vapor e a massa total da mistura. (região bifásica, “domo”) 𝑥 = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Fig 3.34 Por conveniência, um sistema bifásico pode ser tratado como mistura homogênea. Qual o med da mistura vapor e líquido saturado??? Título (x) 0 ≤ 𝑥 ≤ 1  = 1 − 𝑥 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣  = 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑙𝑣 𝑣𝑙𝑣 = 𝑣𝑣 - 𝑣𝑙 ou ✓ X = 1 apenas vapor saturado ✓ X = 0 apenas líquido saturado Tabelas e Diagramas de Propriedades (em Unidades no SI) TABELA A–1 Massa molar, constante do gás, e propriedades do ponto crítico 908 TABELA A–2 Calores específicos de gás ideal para diversos gases comuns 909 TABELA A–3 Propriedades de líquidos, sólidos e alimentos comuns 912 TABELA A–4 Água, líquido-vapor saturados – Tabela com entrada de temperatura 914 TABELA A–5 Água, líquido-vapor saturados – Tabela com entrada de pressão 916 TABELA A–6 Água, vapor superaquecido 918 TABELA A–7 Água, líquido comprimido 922 TABELA A–8 Água, sólido-vapor saturados 923 FIGURA A–9 Diagrama T-s da água 924 FIGURA A–10 Diagrama de Mollier para a água 925 TABELA A–11 Refrigerante-134a, líquido-vapor saturados — Tabela com entrada de temperatura 926 TABELA A–12 Refrigerante-134a, líquido-vapor saturados — Tabela com entrada de pressão 928 TABELA A–13 Refrigerante-134a, vapor superaquecido 929 FIGURA A–14 Diagrama P-h para o refrigerante-134a 931 FIGURA A–15 Diagrama generalizado de compressibilidade de Nelson–Obert 932 TABELA A–16 Propriedades da atmosfera a grandes altitudes 933 TABELA A–17 Propriedades de gás ideal do ar 934 TABELA A–18 Propriedades de gás ideal do nitrogênio, N2 936 TABELA A–19 Propriedades de gás ideal do oxigênio, O2 938 TABELA A–20 Propriedades de gás ideal do dióxido de carbono, CO2 940 TABELA A–21 Propriedades de gás ideal do monóxido de carbono, CO 942 TABELA A–22 Propriedades de gás ideal do hidrogênio, H2 944 TABELA A–23 Propriedades de gás ideal do vapor de água, H2O 945 TABELA A–24 Propriedades de gás ideal do oxigênio monatômico, O 947 TABELA A–25 Propriedades de gás ideal da hidroxila, OH 947 TABELA A–26 Entalpia de formação, função de formação de Gibbs e entropia absoluta a 25°C e 1 atm 948 TABELA A–27 Propriedades de alguns combustíveis e hidrocarbonetos comuns 949 TABELA A–28 Logaritmos naturais da constante de equilíbrio Kp 950 TABELA A–29 Diagrama generalizado do desvio de entalpia 951 TABELA A–30 Diagrama generalizado do desvio de entropia 952 TABELA A–31 Carta psicrométrica à pressão total de 1 atm 953 TABELA A–32 Funções do escoamento compressível isentrópico unidimensional de um gás ideal com k = 1,4 954 TABELA A–33 Funções de choque normal unidimensional para um gás ideal com k = 1,4 955 TABELA A–34 Funções do escoamento de Rayleigh para um gás ideal com k = 1,4 956 Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Tabelas termodinâmicas Tabelas de propriedades Propriedades termodinâmicas de água: saturação (Tabela A-4) P e T são propriedades intensivas dependentes Função da Temperatura Tabelas de propriedades Propriedades termodinâmicas de água: saturação (Tabela A-5) P e T são propriedades intensivas dependentes Função da Pressão Tabelas de propriedades Propriedades termodinâmicas de água: vapor superaquecido (Tabela A-6) P e T são propriedades intensivas independentes T saturação a P Tabelas de propriedades Propriedades termodinâmicas de água: líquido comprimido (Tabela A-7) P e T são variáveis independentes T saturação a P vapor gás líquido sólido Fluido supercrítico Diagrama Pressão vs Temperatura... Ou diagrama de fase Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Diagramas P-T Diagramas de propriedades Ponto Triplo: Fonte: Çengel & Boles (7ª ed) Para água: Tponto triplo = 0,01 °C Pponto triplo = 0,6117 kPa Identificar processos destacados no diagrama P-T https://www.youtube.com/watch?v=EkFmrWsSzgA https://www.youtube.com/watch?v=HEzkHqWIiKM Ponto triplo de algumas substâncias Temperatura /ºC Pressão / kPa Água 0,01 0,6113 Dióxido de carbono -56,4 520,8 Oxigênio -219 0,15 Hidrogênio -259 7,194 https://www.todamateria.com.br/sublimacao/ Da aula anterior .... Fonte: www.oup.co.uk/pchem7 Diagrama P- CO2 Fluido supercrítico Extração supercrítica ??????? https://www.youtube.com/watch?v=GEr3NxsPTOA Ponto crítico de algumas substâncias Temperatura /ºC Pressão / MPa Volume / (m³/kg) Água 374,14 22,09 0,003155 Dióxido de carbono 31,05 7,39 0,002143 Oxigênio -118,35 5,08 0,002438 Hidrogênio -239,85 1,30 0,032192