Aula_2_-_TERMO_MECTR

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Pedro de Assis Sobreira Jr.
Aula 2 – Propriedades de uma
Substância Pura
Profa. Tatiana de Freitas Silva
TERMODINÂMICA
APLICADA
2Termodinâmica
O conhecimento do comportamento e das propriedades das
substância é essencial na análise de dispositivos e sistemas
termodinâmicos.
Introdução
3Termodinâmica
• Uma substância pura é aquela que tem composição química
invariável e homogênea.
• Pode existir em mais de uma fase, mas a composição química é
a mesma em todas as fases. Ex.: Uma mistura de água líquida e
vapor d’água ou uma mistura de gelo e água líquida são todas
substâncias puras.
A Substância Pura
4Termodinâmica
Equilíbrio entre fases vapor-líquida-sólida para 
uma substância pura.
Vamos realizar um experimento para
relacionar temperatura (T) e volume
específico ( ) a pressão constante (Pcte).
Consideremos como sistema 1 kg
(massa constante) de água contida no
conjunto êmbolo – cilindro. O calor é
transferido ao sistema.
A partir das observações do sistema
determinamos o volume específico e
marcamos o ponto T e 𝑣 no diagrama.
𝑣
5Termodinâmica
• Temperatura de saturação: designa a temperatura que ocorre
a vaporização a uma dada pressão (pressão de saturação).
Pressão de saturação da água a 99,6oC é 0,1 MPa
Temperatura de saturação da água a 0,1 MPa é 99,6oC.
• Líquido saturado: A substância existe como líquido na
temperatura e pressão de saturação.
• Líquido subresfriado: A temperatura do líquido é mais baixa
que a temperatura de saturação para a pressão existente.
• Líquido comprimido: A pressão é maior que a saturação para
dada temperatura.
6Termodinâmica
Diagramas de Propriedades
Diagrama T- .𝑣 Diagrama P- .𝑣
7Termodinâmica
Equilíbrio entre fases vapor-líquida-sólida para uma 
substância pura.
Quando uma substância é composta por uma parcela na fase líquida
e outra na fase vapor, na temperatura de saturação, seu título (x) é
definido como:
0 ≤ 𝑥 ≤ 1 Se x = 0 → apenas líquido saturado;
Se x = 1 → apenas vapor saturado;
𝑥 =
𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑚𝑙í𝑞𝑢í𝑑𝑜 +𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
8Termodinâmica
Equilíbrio entre fases vapor-líquida-sólida para uma 
substância pura.
Assim, na fig. 3.1b, se a massa do vapor for 0,2kg e se a
massa do líquido for 0,8kg, o título (x) será 0,2 ou 20%.
9Termodinâmica
Equilíbrio entre fases vapor-líquida-sólida para uma 
substância pura.
✓ Se uma substância existe como vapor na temperatura
e pressão de saturação, ela e chamada de vapor
saturado.
✓ Vapor saturado seco e usado para enfatizar que o
titulo e 100%.
✓ Quando o vapor está a uma temperatura maior que a
de saturação, e chamado de vapor superaquecido.
10Termodinâmica
Equilíbrio entre fases vapor-líquida-sólida para uma 
substância pura.
✓ A pressão e a temperatura do vapor superaquecido
são propriedades independentes, pois a temperatura
pode aumentar enquanto a pressão permanece
constante (gráfico).
✓ As substâncias chamadas de gases são vapores
altamente superaquecidos.
11Termodinâmica
Diagrama temperatura-volume para água
mostrando as fases líquida e vapor. 
A → Representa o estado inicial;
B → Estado de líquido saturado
(99,6oC);
Linha AB → O processo de 
aquecimento do líquido desde a 
temperatura inicial até a de saturação;
Ponto C→ é referente ao estado de 
vapor saturado;
Linha BC→ representa o processo de 
mudança da fase líquida para a fase
vapor a temperatura constante;
Linha CD → processo de
superaquecimento do vapor a pressão
constante.
Linha ABCD (0,1 MPa)
12Termodinâmica
Diagrama temperatura-volume para água
mostrando as fases líquida e vapor. 
E → Representa o estado inicial. O
volume específico é ligeramente
menor que aquela a 0,1 MPa e 20oC.
F → A vaporização começa à
temperatura de 179,9oC);
Ponto G→ é referente ao estado de
vapor saturado;
Linha GH→ Processo de 
superaquecimento a pressão
constante.
Linha EFGH (1 MPa)
13Termodinâmica
Diagrama temperatura-volume para água
mostrando as fases líquida e vapor. 
• Não há um processo de vaporização
a temperatura constante!!!
Ponto N→ É um ponto de inflexão
com inclinação nula sendo chamado
de ponto crítico.
• No Ponto crítico, os estados de
líquido saturado e vapor saturado
são idênticos.
• A temperatura, pressão e volume
específico do ponto crítico são
chamados de temperatura
crítica, pressão crítica e volume
crítico.
Linha MNO (22.09 MPa)
14Termodinâmica
Diagrama temperatura-volume para água
mostrando as fases líquida e vapor. 
Linha NJFB → representa a linha do
líquido saturado.
Linha NKGC → representa a linha
do vapor saturado.
15Termodinâmica
Propriedades no ponto crítico de algumas substâncias.
16Termodinâmica
Diagrama T-v para a região bifásica líquido-vapor.
Uma condição de saturação em que existe mistura de líquido
e vapor saturados é apresentado na figura: 
𝑉 = 𝑉𝑙í𝑞. + 𝑉𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑚𝑙í𝑞.𝑣𝑙 +𝑚𝑣𝑎𝑝.𝑣𝑣
𝑣 =
𝑉
𝑚
=
𝑚𝑙í𝑞.
𝑚
𝑣𝑙 +
𝑚𝑣𝑎𝑝.
𝑚
𝑣𝑣
𝑣 = 1 − 𝑥 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣
Volume total:
Volume específico médio do Sistema:
𝑙 → 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜;
𝑣 → 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜.
𝑥 → 𝑡í𝑡𝑢𝑙𝑜. 𝑥 =
𝑚𝑣𝑎𝑝
𝑚
17Termodinâmica
Diagrama P-T para uma substância com o 
comportamento semelhante ao da água.
Quando a Pressão é constante:
Considere um sólido no estado A:
Quando a temperatura aumenta, a
substância passa diretamente da fase
sólida para a fase vapor.
Linha EF: a substância passa da fase
sólida para a líquida a uma temperatura e
depois da fase líquida para vapor a uma
outra temperatura mais alta.
Linha CD: passa pelo ponto triplo e é
somente nesse ponto que as três fases
podem coexistir em equilíbrio.
Obs.: A uma pressão superior à crítica,
como a da linha GH, não há distinção clara
entre as fases líquida e vapor.
18Termodinâmica
Dados de alguns pontos triplos
19Termodinâmica
TABELAS DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS
• Existem tabelas de propriedades termodinâmicas para
muitas substâncias e, em geral, todas elas apresentam
o mesmo formato.
• Nesta aula vamos nos referir às tabelas de vapor
d’água, pois o vapor d’água é largamente empregado
em instalações geradoras e processos industriais.
• Uma vez entendidas as tabelas de vapor outras tabelas
termodinâmicas podem ser usadas prontamente.
20Termodinâmica
TABELAS DE PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS
• O conjunto de tabelas apresentadas no Apêndice B
(Tabela B.1) são resultados similares das tabelas de
vapor de Keenan, Keyes, Hill e More, publicadas em
1969 e 1978.
• Nós concentraremos a atenção nas três propriedades T,
P e 𝑣 , mas existem outras propriedades u (energia
interna), h (entalpias) e s(entropia), relacionadas no
conjunto de Tabelas B.1 que serão apresentadas mais
adiante.
21Termodinâmica
Regiões das tabelas de vapor.
Apêndice B:
Tabela B.1.1 (função de T): regiões de
líquido saturado e vapor saturado.
Tabela B.1.2 (função de P): regiões de
líquido saturado e vapor saturado.
Tabela B.1.3: região de vapor
superaquecido.
Tabela B.1.4: região de líquido
comprimido.
Tabela B.1.5: região de saturação sólido-
vapor.
Obs.: O apêndice não contém uma tabela
para sólido comprimido e nem uma tabela
referente a região de saturação solido-
líquido.
22Termodinâmica
Pressão de saturação
𝑣𝑙𝑣 = 𝑣𝑣 − 𝑣𝑙
𝑣𝑙𝑣 = 𝑣𝑣 − 𝑣𝑙
Representa o aumento do volume específico quando o estado passa de líquido
saturado para vapor saturado.
23Termodinâmica
24Termodinâmica
Exemplo 1: Calcule o valor do volume específico de
uma mistura de líquido e vapor d’água saturados a
200oC que apresenta título de 70%.
25Termodinâmica
26Termodinâmica
Resposta do exemplo 1:
𝑣 = 1 − 𝑥 𝑣𝑙 + 𝑥𝑣𝑣
𝑣 =
𝑉
𝑚
= 1 − 0,7 0,001156 + (0,7 (0,12736)) = 
𝑣 = 0,0895 m3/kg 
27Termodinâmica
28Termodinâmica
29Termodinâmica
30Termodinâmica
O Apêndice B também apresenta tabelas de
propriedades termodinâmicas de outras substâncias
como os fluidos refrigerantes R-134a e R-410A,
Amônia e dióxido de carbono,e os fluidos de
nitrogênio e metano.
31Termodinâmica
Exemplo 2: Considere a água como fluido de trabalho e
os estados termodinâmicos definidos por:
a) 120 oC e 500 kPa
b) 120 oC e 0,5 m3/kg
Determine a fase de cada um dos estados fornecidos
utilizando as tabelas do Apêndice B.
32Termodinâmica
33Termodinâmica
Diagramas para o exemplo 2.
Resposta:
a) Psat = 198,5 kPa, indicando que temos um líquido comprimido (ponto a).
Esse ponto está acima da linha de saturação a 120oC.
b) = 0,00106 m3/kg < < = 0,89186 m3 /kg. O que indica que temos
uma mistura de líquido e vapor (ponto b)
𝑣l 𝑣 𝑣v
34Termodinâmica
Exemplo 3: Determine a temperatura e o titulo (se
aplicável) para a água a 300 kPa e com os seguintes
volumes específicos:
a)0,5 m3/kg
b)1,0 m3/kg
Resposta:
a)T = 133,55 oC; x = 0,825 
b)T = 379,8 oC.
35Termodinâmica
36Termodinâmica