Notas de aula de termodinâmica

1. Propriedades da substância
pura
Professor: Jefferson Santana Martins

2. Introdução
Substância pura é aquela que
apresenta a mesma composição
química em toda sua extensão,
como por exemplo, água,
nitrogênio, dióxido de carbono,
etc.

3. Introdução
As substâncias puras existem em
diferentes fases, sólida, líquida e
gasosa. Mesmo dentro de uma
fase a substância pode ter diversas
configurações moleculares que as
diferencia, exemplo carbono
diamante e grafite.

4. Introdução
Além disso, várias fases podem
coexistir como, por exemplo, gelo
(sólida) e água (líquida) num mesmo
recipiente. Também não podemos
deixar de evidenciar a importância da
pressão e da temperatura na mudança
das fases, afinal água a 120°C encontra-
se no estado de vapor a pressão
ambiente, mas no estado líquido se
pressurizada em uma panela de
pressão.

5. Líquido Comprimido
Líquido comprimido é o nome
que se dá a qualquer líquido que se
encontra a uma determinada
pressão e temperatura e que nessas
condições encontra-se em estado
líquido.

6. Líquido Saturado
Líquido saturado é aquele que
está numa determinada
temperatura e pressão eminente de
iniciar a transformação para o
estado vapor.

7. Líquido-vapor
saturado
Após iniciada a
ebulição a temperatura não
aumenta até que todo
líquido seja transformado em
vapor, isto é, durante o
processo de mudança de fase
a temperatura permanece
constante. Durante o
processo de transformação
de fase temos a mistura
denominada líquido-vapor
saturada.

8. Vapor
Superaquecido
Quando a última gota de
água líquida se vaporiza
temos o ponto de vapor
saturado. A partir desse
ponto de continuarmos a
aquecer o vapor volta a
tem um acréscimo de
temperatura e é
chamado de vapor
superaquecido.

9. Fases da substância pura
A figura abaixo demonstra o processo de vaporização da água que
inicialmente está em estado de líquido comprimido (a). Quando
aquecida chega ao ponto de líquido saturado onde começa o
aparecimento do vapor. A figura (b) apresenta a mistura líquido-
vapor saturado e após toda a transformação de fase temos o vapor
superaquecido (c).

10. Fases da substância pura
Um conceito muito importante na
termodinâmica é a temperatura e
pressão de saturação. A temperatura
para a água ferver depende da pressão
em que se encontra. A curva ao lado
mostra isso. Podemos verificar que
para diferentes pressões teremos
diferentes pontos em que o líquido
entra em ebulição. Esse ponto em que
o líquido entra em processo de
vaporização é chamado de ponto de
saturação e temos a pressão e
temperatura de saturação.

11. Fases da substância pura
Podemos também obter um gráficos que mostre a relação entre
pressão-volume-temperatura que são mostrados a seguir.

12. Fases da substância pura
No gráfico é mostrada a linha
de líquido saturado a
esquerda, que separa a região
de líquido comprimido da
região de transformação
líquidovapor. Essa linha de
líquido saturado se estende
até o ponto crítico, sendo que
depois desse ponto a linha da
direita é chamada de vapor
saturado. A linha de vapor
saturado separa a região de
mistura líquido-vapor da
região de vapor
superaquecido

13. Curva de saturação

14. Fases da substância pura
O diagrama completo com as
fases sólido, líquido e vapor são
mostrados no diagrama.

15. Ponto Crítico

16. Fases da substância pura
1- Etano subcrítico onde líquido e gás coexistem. 2 -Ponto crítico (32,17 ° C, 48,72 bar),
opalescência. 3- Etano supercrítico, fluido.

17. Tabela de
propriedade Devido à dificuldade de se expressar
as relações termodinâmicas por meio
de equações simples, as propriedades
quase sempre são apresentadas em
forma de tabelas. Geralmente
qualquer bom livro de termodinâmica
traz em seu apêndice essas tabelas
com informações de pressão,
temperatura, volume específica,
entalpia específica, energia interna
específica e volume específico

18. Entalpia
H=U+PV
Em estudos na análise de turbinas a vapor
e na representação de propriedades do
vapor um termo aparecia com grande
importância, a soma da energia interna
com o produto pressão-volume. Para esse
termo foi dado o nome de entalpia.

19. Título
Nas tabelas as propriedades de líquidos comprimidos e
vapor superaquecido são diretamente medidos e listados,
mas o que acontece quando estamos lidando com a região
de mudança de fase?
É possível realizar a medida diretamente da propriedade
da fase quando ela se encontra em líquido saturado e
vapor saturado, mas região de mistura (bifásica) precisa
levar em consideração a quantidade de líquido e vapor
presentes. Com isso surge o conceito de uma nova
propriedade, o título (x), que é a quantidade de vapor
presente na mistura bifásica.

20. Exemplo
Um tanque contém 10 kg de água a 90°C. Se 8 kg de
água estiverem na forma líquida e o restante na forma
vapor, determine:
a) A pressão do tanque.
b) O volume do tanque

21. Exemplo
Um reservatório rígido e fechado de 0,5 m³ de volume é colocado sobre
uma placa aquecida. Inicialmente o reservatório contém uma mistura
bifásica de água líquida saturada e de vapor d’água saturado a p1=105 Pa
com título de 0,5. Após o aquecimento a pressão do reservatório é de
p2=1,5.105 Pa
Determine:
a) A temperatura em °C, nos estados 1 e 2.
b) A massa de vapor presente nos estados 1 e 2, em kg.
c) Considerando que o aquecimento continua, determine a pressão na
qual o reservatório contém somente vapor saturado.