Diagrama de Propriedades Termodinâmicas – notas aula prof santoro

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2.5 – Diagrama de Propriedades Termodinâmicas

As propriedades termodinâmicas de uma substância, além de serem apresentadas através de tabelas, são também apresentadas na forma gráfica, chamados de diagramas de propriedades termodinâmicas. Estes diagramas podem ter por ordenada e abcissa respectivamente T x ( temperatura versus volume específico), P x h ( pressão versus entalpia específica), T x s ( temperatura versus entropia específica ) ou ainda h x s ( entalpia específica versus entropia específica) O mais conhecido desses diagramas é o diagrama h x s conhecido como diagrama de Mollier.

Uma das vantagem do uso destes diagramas de propriedades é que eles apresentam numa só figura as propriedades de líquido comprimido, do vapor úmido e do vapor superaquecido como está mostrado esquematicamente nas figuras 2.5-1, 2.5-2 e 2.5-3.

Figura 2.5 – 1 – Diagrama Temperatura versus Entropia Específica

Esses diagramas são úteis tanto como meio de apresentar a relação entre as propriedades termodinâmicas como porque possibilitam a visualização dos processos que ocorrem em parte do equipamento sob análise ou no todo.

As três regiões características dos diagramas estão assim divididas:

a) A região à esquerda da linha de liquido saturado ( x=0 ) é a região de líquido comprimido ou líquido sub-resfriado ( aqui estão os dados referentes às tabelas de líquido comprimido )

b) A região compreendida entre a linha de vapor saturado ( x=1 ) e a linha de líquido saturado ( x=0) é a região de vapor úmido. Nesta região, em geral os diagramas apresentam linhas de título constante como esquematizadas nas figuras.

c) A região à direita da linha de vapor saturado seco ( x=1) é a região de vapor superaquecido. ( nesta região estão os dados contidos nas tabelas de vapor superaquecido )

Dado o efeito de visualização, é aconselhável, na análise dos problemas termodinâmicos, representar esquematicamente os processos em um diagrama, pois a solução torna-se clara. Assim, o completo domínio destes diagramas é essencial para o estudo dos processos térmicos.

Figura 2.5 – 2 – Diagrama Entalpia Específica versus Entropia Específica

Figura 2.5 – 3 – Diagrama Pressão versus Entalpia Específica

As figuras 2.5-4 e 2.5-5 a do conjunto de ábacos, são diagramas de Mollier para a água. Diagramas mais completos e diagramas T x s para a água podem ser encontrados na bibliografia citada. Para o estudo de sistemas de refrigeração é mais conveniente apresentar as propriedades em diagramas que tenham como ordenada a pressão absoluta e como abcissa a entalpia específica. A figura 2.5-6 do conjunto de ábacos é o diagrama para o refrigerante R-12, a Figura 2.5-7 é o diagrama para o refrigerante R-22, a figura 2.5-8 é o diagrama para o refrigerante R-134a e a figura 2.5-9 é o diagrama P x h para a amônia, que pela classificação da ASHRAE ( American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers. ) é o refrigerante R-717.

Exemplo 2.5-1

Vapor de água inicialmente a 4,0 MPa e 300 oC ( estado 1) está contido em um conjunto

êmbolo – cilindro. A água é então resfriada a volume constante até sua temperatura alcançar

200 oC ( estado 2). A seguir a água é comprimida isotermicamente até um estado onde a

pressão é de 2,5 MPa ( estado 3).

a) Determine o volume específico nos estados 1, 2 e 3, em m3 / kg e o título no estado 2

se o estado 2 for de vapor úmido.

b) Localize os estados 1, 2 e 3 e esquematize os processos em um diagrama T- v e P- v.

Solução: – Hipóteses:

– O vapor de água é o nosso sistema termodinâmico

– Em cada estado o sistema está em equilíbrio termodinâmico

Conhecido:

O estado inicial P= 40 bar e T= 300 oC e os processos subseqüentes

a-1) da tabela de vapor saturado para a água na pressão de 40 bar a correspondente temperatura de saturação é 250,4 oC. Assim a água a 40 bar e 300 oC está superaquecida. Da tabela de vapor superaquecido temos v1 = 0,05884 m3/kg

a-2) Para determinarmos o estado 2 temos o volume específico que é igual ao volume específico do estado 1, v2 = 0,05884 m3 /kg e a temperatura de 200 oC

da tabela de vapor saturado, para a temperatura de 200 oC, a respectiva pressão de saturação é 15,54 bar. O volume específico do líquido saturado é, por interpolação, v2L = 0,0011565 m3/kg e do vapor saturado seco, v2v = 0,1274 m3/kg. Como o volume específico do estado 2 está entre o volume específico do líquido e do vapor saturado, então inferimos que o estado 2 é de vapor úmido. Nos dois diagramas, o processo de 1 2 é indicado através de uma linha vertical desde o estado 1 até o estado 2 cuja temperatura é de 200 oC e a pressão de 15,54 bar, na região de vapor úmido.

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