Máquinas Térmicas - Líquido, Gás e Vapor: Mudança de Fases e Saturação

CAMPUS DE ITAPETININGA Máquinas Térmicas MTEM7 Engenharia Mecânica Videoaula 2 Professor Rafael dos Santos CAMPUS DE ITAPETININGA Líquido gás ou vapor üA água pode se apresentar no estado sólido gelo líquido ou gasoso A água no estado gasoso é denominada vapor ü O termo gás é utilizado para o estado gasoso distante do ponto de condensação ou seja quando não há mudança de fase durante todo o processo üO termo vapor é utilizado quando há mudança de fase CAMPUS DE ITAPETININGA Mudança de fases üRelembrando Vaporização Condensação Solidificação Fusão Sublimação Ressublimação CAMPUS DE ITAPETININGA üProcesso de vaporização da água sob pressão constante 1013 kPa Mudança de fases Q Q Q Temperatura T Volume específico 0oC 4oC menor volume água líquida A B 100oC C CAMPUS DE ITAPETININGA Mudança de fases ü Observações importantes Sob pressão de 1013 kPa a temperatura de vaporização é de 100oC A mesma experiência pode ser repetida para outras pressões Não há uma equação simples que permita relacionar diretamente as propriedades p T e para o processo de mudança de estado líquido para vapor Portanto utilizase de tabelas e diagramas eou programas O volume específico do líquido l a 100oC é aproximadamente 0001 m3kg Nessa temperatura o volume específico do vapor v é de 16729 m3kg Ou seja nesse processo de vaporização o volume específico do vapor aumentou cerca de 1600 vezes em relação ao líquido CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação üDurante a vaporização a pressão e a temperatura permanecem constantes e são denominadas pressão de saturação psat e temperatura de saturação Tsat üEssas duas propriedades estão amarradas entre si ou seja são propriedades dependentes Assim basta conhecer a pressão de saturação que a temperatura de saturação estará determinada e viceversa CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação üO conhecimento da pressão e temperatura de saturação não permite definir o estado do sistema durante a mudança de fase saturação Temperatura T Volume específico 0oC 4oC menor volume água líquida A B 100oC C üPor serem propriedades dependentes na saturação elas não permitem determinar o estado entre os pontos B e C da figura à direita CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação ü Considerando as propriedades de pressão p temperatura T e volume específico podese afirmar que Pressão e temperatura são propriedades dependentes na vaporização Portanto para definir o estado termodinâmico é preciso outra propriedade por exemplo h s etc A especificação de um estado termodinâmico pode se dar por meio de qualquer par de propriedades independentes p T u h e s No estado líquido ou gasoso vapor pressão e temperatura são independentes Portanto essas propriedades são suficientes para definir o estado CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação üPara a região de vaporização definese outra propriedade chamada de título do vapor Nessa região existe uma mistura de líquido e vapor O título é definido como a razão entre a massa de vapor na mistura mv e a massa total da mistura massa de vapor mv massa de líquido ml Valores entre 0 e 1 ou 0 e 100 CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação ü O gráfico da temperatura T versus o volume específico para a mudança de estado é representado abaixo Apenas líquido 0 Apenas vapor 1 Em um ponto qualquer na mudança de estado 0 1 o volume da mistura líquido e vapor é definido por Vamos à lousa para a dedução T Linha de vapor saturado Vapor superaquecido v l Líquido saturado Vapor saturado Líquido comprimido Exemplos 5 e 6 CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação ü Para cada pressão de saturação existe uma temperatura de saturação A curva definida pelos pontos l1 l2 l3 PC v3 v2 v1 é denominada linha de saturação Os pontos li líquido saturado Os pontos vi vapor saturado O ponto PC ponto crítico No PC todo o líquido se transforma em vapor sem que haja um processo de mistura de líquido e vapor Para a água esse ponto ocorre a 37414oC 2209 MPa e 0003155 m3kg T Linhas de pressão constante PC v3 v2 v1 l1 l2 l3 Linha de vapor Linha de líquido CAMPUS DE ITAPETININGA Temperatura e pressão de saturação T Linhas de pressão constante PC v3 v2 v1 l1 l2 l3 Linha de vapor Linha de líquido üPara cada pressão de saturação existe uma temperatura de saturação Note que para cada par de pontos li e vi a pressão e a temperatura são as mesmas O vapor na região à direita da linha de saturação é denominado vapor superaquecido À esquerda da linha de saturação o líquido é denominado de líquido comprimido Exemplo 7 CAMPUS DE ITAPETININGA Uso de interpolação linear üOs estados envolvidos na resolução de problemas nem sempre estão contidos no conjunto de valores fornecidos pelas tabelas de vapor A interpolação entre valores adjacentes muitas vezes se faz necessária T T2 T1 2 1 Td d çã 1 1 1 1 Exemplo 8 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 1 Calcule o volume específico da mistura de vapor e líquido de água a 200oC que apresenta um título igual a 70 Consultando os dados da Tabela A4 0001157 07 012736 0001157 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Um vaso com 04 m3 de volume contém 20 kg de uma mistura de água líquida e vapor em equilíbrio a uma pressão de 600 kPa Calcule o volume e a massa do líquido Calcule também o volume e a massa do vapor Determinando inicialmente o volume específico da mistura 0 1 04 20 56 0 02 56 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Agora podemos determinar o título Das tabelas de vapor Tabela A5 podemos obter o volume específico para o líquido l e para o vapor v saturados à 600 kPa v 03157 m3kg l 0001101 m3kg CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Então 02 0001101 03157 0001101 0 1 2344 Portanto a massa de líquido será 1 1 20 0 1 06322 4 5 6788 9 Determinando o volume do líquido 07355 0 0001101 0 5 555 4 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Similarmente para o vapor temos 2 2 2 20 06322 0 1 2344 56 O volume de vapor será 7 2 72 2 72 2 2 12644 03157 3 2 04 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 3 Considere que 1 kg de mistura de água na forma líquida e vapor na pressão de saturação de 1 MPa apresente um título igual a 80 Determine a temperatura a massa de vapor na mistura e o volume específico da mistura Da Tabela A5 para psat 10 MPa temos Tsat 17991oC l0001127 m3kg v 019444 m3kg CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 3 Por meio da equação do título do vapor podemos encontrar a massa de vapor 081 56 Determinando o volume específico da mistura 0 0 0 0 0 0 0 0001127 08 019444 0001127 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 4 Determine o volume específico do vapor dágua para um estado no qual p 10 bar e T 215oC Esboce o diagrama T de modo a destacar o volume específico da água e a respectiva pressão de saturação além da pressão dada como sendo a do estado do vapor Pela tabela A6 podemos obter os dados para a interpolação Ø p 10 bar 1 MPa Ø T 200oC Ø 02060 m3kg q p 10 bar 1 MPa q T 250oC q 02327 m3kg CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 4 Então çã 0A 0B A B 0C 0B C B 250 200 02327 02060 215 200 C 02060 D 7BC Para o esboço Da tabela A4 T 215oC psat 2104 MPa v 009479 m3kg Da tabela A5 psat 1 MPa 10 bar T 17991oC v 019444 m3kg CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 4 Esboço psat 2104 MPa T 215oC m3kg T oC p 1 MPa 10 bar Tsat 17991oC 6d 02140 m3kg 6v 019444 m3kg 6v 009479 m3kg 9 1 AB CAMPUS DE ITAPETININGA Referências üFELIPPO FILHO G Máquinas térmicas estáticas e dinâmicas fundamentos de termodinâmica características operacionais e aplicações São Paulo Érica 2014 200 p üMORAN M J et al Princípios de termodinâmica para engenharia 7 ed Rio de Janeiro LTC 2017 819 p üVAN WYLEN G J SONNTAG R BORGNAKKE C Fundamentos da termodinâmica clássica São Paulo Blucher 1995 589 p CAMPUS DE ITAPETININGA Até a próxima aula Nos vemos em breve Professor Rafael dos Santos rafasantos01ifspedubr CAMPUS DE ITAPETININGA Trabalho em Dupla ü Trabalho para apresentação em dupla de um artigo científico sobre máquinas térmicas parte de nosso sistema de avaliações ü Conforme apresentado em nossa primeira aula no dia 17062024 teremos nossas avaliações através de provas individuais 70 das notas e por um trabalho em dupla 30 ü Disponibilize no Moodle o link para o vídeo de sua apresentação onde o artigo deve ser apresentado em no máximo 15 minutos Além disso não se esqueça de disponibilizar o artigo utilizado para elaborar seu trabalho bem como a apresentação utilizada na gravação ü Observação 1 tanto o artigo quanto a apresentação devem estar em formato PDF ü Observação 2 o prazo limite para entrega desse trabalho é 03082024 CAMPUS DE ITAPETININGA Periódicos PERIÓDICOS A SEREM USADOS OBRIGATORIAMENTE PARA A BUSCA DO ARTIGO A SER APRESENTADO 1 Applied Thermal Engineering ISSN 13594311 Qualis Engenharia III A1 Fator de impacto JCR 2023 64 Livre acesso httpswwwjournalselseviercomappliedthermalengineering 2 Experimental Thermal and Fluid Science ISSN 08941777 Qualis Engenharia III A1 Fator de impacto JCR 2023 32 Livre acesso httpswwwjournalselseviercomexperimentalthermaland fluidscience CAMPUS DE ITAPETININGA Tecnologias 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