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TERMODINMICACLSSICA

Escola de Engenharia Industrial MetalrgicaUniversidade Federal Fluminense

Volta Redonda - RJ

Prof Dr Ednilsom Orestes

09/03/2015 18/07/2015


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CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

TEMPERATURA

Lei Zero da Termodinmica

Quando dois corpos esto em

equilbrio

trmico com um terceiro, ento eles esto

em equilbrio trmico entre si


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Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

ESCALAS DE TEMPERATURA

Kelvin K): 0 at 373,15 - SI)

= , ()

Rankine R): 0 at 671,67

= ,

Celsius C): 0 at 100

= ,

Fahrenheit F): 0 at 212

= ,


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Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

Pto de vapor

Zero absoluto

Pto triplo H2O

Pto solidificaoH2O

K C R F

0

0

0

2

7

3

1

5

2

7

3

1

6

3

7

3

1

5

-

2

7

3

1

5

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

4

9

1

6

7

4

9

1

6

9

6

7

1

6

7

-

4

5

9

6

7

3

2

0

3

2

0

2

2

1

2


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SUBSTNCIA PURA

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

Composio qumica invarivel e homognea

EQUILBRIO P-V-T definir melhor)

Temperatura de Saturao =

T

V P

Presso de Saturao =P

V P


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SUBSTNCIA PURA

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

A: Estado inicial; B: Lquido saturado 99,6 C); C: Vapor

saturado; BC: Mudana de fase; CD: Superaquecimento.


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SUBSTNCIA PURA

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

F: Lquido saturado 179,9 C); J: Lquido saturado 311,1 C);

N: Ponto crtico.


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SUBSTNCIA PURA

SubstnciaTemp. crtica

(C)

Presso

crtica (MPa)

Vol. crtico

(m3/kg)

H2O 374,14 22,09 0,003155

CO2 31,05 7,39 0,002143

O2 -118,35 5,08 0,002438

H2 -239,85 1.30 0,032192

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

PONTOS CRTICOS


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SUBSTNCIA PURA

= +

= +

=

=

+

= +

=

=

= +

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

Ttulo ou frao do volume).

Deduzir equaes


10/44Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA

PONTO CRTICO

Lquido saturado

e vapor saturado

so idnticos.

PONTO TRIPLO

As trs fases

podem coexistir

em equilbrio.


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SUBSTNCIA PURA

Substncia Temperatura (C) Presso (kPa)

H2 -259 7,194

O2 -219 0,15

N2 -210 12,53

CO2 -56,4 520,8

Hg -39 1,3x10-7

H2O 0,01 0,6113

Zn 419 5,066

Ag 961 0,01

Cu 1083 7,9x10-5

Termodinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

PONTSTRIPLOS



ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA



ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

S

U

N

C

P

U



ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA


16/44Term

odinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA


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Term

odinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA


18/44

Term

odinmica-Van

ylen,Bo

rgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA


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Term

odinmica-Van

ylen,Borgnakke,Sonntag

SUBSTNCIA PURA


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA

Considere a gua como fluido de trabalho e os seguintes estados termodinmicos:a) 120C e 500 kPab) 120C e 0,5 m3/kg

Determine a fase de cada um dos estados fornecidos utilizando as tabelas do ApndiceB e indique a posio desses estados nos diagramas , e . ESBOOS


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA




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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA




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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA




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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA


Determine a fase de cada um dos estados fornecidos utilizando as tabelas do ApndiceB e indique a posio desses estados nos diagramas , e .

Resp.: a) Tab. B.1.1: Em 120C, a presso de saturao 198,5 kPa e, portanto: lquido.

Ou, Tab. B.1.2: Em 500 kPa, a temperatura de saturao 151,9C e, portanto: lquido.


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA



(= 0,00106 3/) < < (= 0,89186

3/)


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA


Determine a fase de cada um dos estados fornecidos utilizando as tabelas do ApndiceB e indique a posio desses estados nos diagramas , e .

Resp.: b) Tab. B.1.1:(= 0,00106

3/) < < (= 0,89186 3/)


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA

Determine a temperatura e o ttulo (se aplicvel) para a gua a 300 kPa e com osseguintes volumes especficos:a) 0,5 m3/kg.b) 1,0 m3/kg.

Para saber qual tabela usar preciso determinar a fase (ou fases) que esto presentes.Para isso preciso comparar as propriedades fornecidas com aquelas da fronteira da

regio de mudana de fase, seja num diagrama , ou .Novamente, temos B.1.1 ou B.1.2.

Escolhemos B.1.2 pois temos a presso: 300 kPa que

corresponde a temperatura de133,6C.

= +

0,5 = 0,001073 + 0,60745 = 0,825


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA

Determine a temperatura e o ttulo (se aplicvel) para a gua a 300 kPa e com osseguintes volumes especficos:a) 0,5 m3/kg.b) 1,0 m3/kg.

Para saber qual tabela usar preciso determinar a fase (ou fases) que esto presentes.Para isso preciso comparar as propriedades fornecidas com aquelas da fronteira da

regio de mudana de fase, seja num diagrama , ou .


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Term

odinmica-Van


SUBSTNCIA PURA

Determine a temperatura e o ttulo para a gua a 300 kPa e com os seguintes volumesespecficos:a) 0,5 m3/kg.b) 1,0 m3/kg.

Resp.: b) Tabela B.1.3: Vapor superaquecido. No h ttulo a ser determinado etemperatura determinada por interpolao lineardo volume especfico a 300C e

400C a 300 kPa. Inclinao =

,,=

,,

= 379,8C


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Term

odinmica-Van


S

U

C

E

T

E

M

O

D

N

M

C

Volume especfico AUMENTA

durante a solidificao

Ex.: H

2

O


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Term

odinmica-Van


S

U

C

E

T

E

M

O

D

N

M

C

Volume especfico DIMINUI

durante a solidificao

Ex.: CO

2


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2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

MOLCULAS DIFERENTES INDUZEM

DIFERENTES EMPACOTAMENTOS

GUA vs BENZENO E CO

2


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Term

odinmica-Van


MASSA ESPECFICA PEQUENA OU MODERADA

Quando a massa especfica (por unidade de volume) diminui a distncia entre as

partculas aumenta, portanto, no h interao = GS IDEAL

= e = ; =no. de mols (kmols)

=

=

/

= 8,3145.

. = 8,3145

.

E temperatura em Kelvin

= e =

=

assume um valor diferente para cada gs em particular (Apndice A, Tabela A.5).


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Qual a massa de ar contida dentro de uma sala de 6m x 10m x 4m

quando a presso e a temperatura forem iguais a 100 kPa e 25 C ?

Valor de R na Tabela A.5: 0,287.

.

=

=

100 240

0,287 . 298,2 = 280,5


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MASSA ESPECFICA PEQUENA OU MODERADA

Quo baixa deve ser a massa especfica para permitir

o uso do modelo do gs ideal?

Qual o desvio entre o comportamento de um gs tido

como ideal e um gs real?

Term

odinmica-Van

ylen,B

orgnakke,Sonntag


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Term

odinmica-VanWylen,B

orgnakke,Sonntag

FATOR DE COMPRESSIBILIDADE Z)

=

= e =

Para gs ideal,Z=1

1quando 0( )

~1para > 300 e < 10

Para baixas temp. ou altas presses 1

: Foras de atrao provocam agrupamento.

Todos os diagramas de compressibilidade so qualitativamente parecidos.Quantitativamente so todos diferentes, pois e so todos diferentes.

Presso reduzida: =

e Temperatura reduzida: =

N

2

Quo adequado o gs ideal?


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Expressa o comportamentomdio de molculas simples.

Gs ideal: quando

.Gs ideal: < 2e .

Vapor superaquecido: < 2 e 0,5.Desvio aprecivel do gs ideal.

Te

rmodinmica-VanWylen,Borgnakke,Sonntag


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Diga quando razovel admitir comportamento de gs ideal em cada um dosseguintes estados:a) N2a 20C e 1,0 MPa.b) CO2a 20C e 1,0 MPa.

c) NH3a 20C e 1,0 MPa.

Verificar a fase e as propriedades crticas.a) N2; = 126,2 e = 3,39 (Tab. A.2). ideal adequado.b) CO2; = 304,1 e = 7,38 . = 0,96 e = 0,136. Diagrama

D.1 indica que gs (embora < ) e ~0,95.Gs ideal adeq. (erro 5%).c) NH3; = 858 (Tab. B.2.1). NH3est na fase lquida.

Termodinmica-Van



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Um recipiente de ao com volume interno igual a 0,1 m3contm propano a 15C e ttulo10%. Estime a massa total de propano armazenado e a presso utilizando o diagrama decompressibilidade generalizado.

necessrio conhecer e

; Tabela A.2:

= 369,8 e

= 4250 assim;

= 0,78e temos um estado saturado.

Para estados bifsicos: = = 0,2 4250 = 850

= 1 + = 0,9 0,035 + 0,1 0,8 = 0,1145

Como = 0,1886 . (Tab. A.5): =

= 13,66

Termodinmica-Van



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Term

odinmica-Van

ylen,B

orgnakke,Sonntag

APLICAES NA ENGENHARIA


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Term

odinmica-Van

ylen,B

orgnakke,Sonntag

APLICAES NA ENGENHARIA


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