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Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag
Fundamentos da Termodinâmica
Tradução da 7ª Edição Americana
Capítulo 13 Mistura de Gases
Mistura de Gases-Ar atmosférico
Mistura de Gases IdeaisConsiderando uma mistura de N componentes:
Concentração
Fração
M é a massa molecular
MODELO DE DALTON
As propriedades dos componentes são determinadas como se cada um dos componentes existisse separadamente e independente, ocupando, assim todo o volume na temperatura da mistura.
MODELO DE DALTON
Neste modelo a Energia Interna (U), a Entalpia (H) e a Entropia (S) podem ser calculadas como a soma das respectivas propriedades de cada componente nas condições em que ele se encontra na mistura. A energia interna e entalpia dos gases ideais somente depende da temperatura, em base mássica:
MODELO DE DALTONA entropia de uma mistura tem que ser avaliada considerando os modelos de calor específico:
A entropia de uma mistura pode ser obtida pela soma das entropias dos componentes da mistura:
isS
Uma outra alternativa para calcular as entropias dos componentes da mistura:
A variação de entropia de uma mistura pode ser obtida:
MODELO DE DALTON
Na análise de processos que envolvem misturas de gases ideais com composição constante, deve-se admitir que os calores específicos são constantes também, nestas condições a Energia interna é dada por:
A Entalpia e forma análoga:
A Entropia:
MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR
Hipóteses:
O ponto de orvalho de uma mistura de gás e vapor d’água é a temperatura na qual o vapor condensa quando é resfriado a pressão constante.
1-A temperatura inicialmente é tal que o vapor está superaquecido (estado 1);2-A mistura é resfriada a pressão constante até o estado 2, então a condensação inicia-se (ponto de orvalho);3-Se a mistura for resfriada a volume constante, 1-3, a condensação inicia-se no estado 3, cuja temperatura é inferior ao estado 2;4-Se o vapor estiver a temperatura de saturação (mistura líquida/vapor), a mistura é saturada e é chamada ar saturado.
MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR
Umidade Relativa (φ):
Onde: Pv é a pressão parcial de vapor da mistura; Pg é a pressão de saturação
Em função do volume específico, a umidade relativa pode ser dada por:
A umidade absoluta (ω) é dada em função das massas de vapor e de ar seco:
MODELO SIMPLIFICADO PARA MISTURAS COMPOSTAS POR GASES E VAPOR
O grau de saturação é definido como a relação entre a umidade absoluta real e a umidade absoluta de uma mistura saturada a mesma temperatura e pressão total, esta ultima representa a máxima quantidade de água que pode existir em um ar úmido:
vtotala ppp gv pp .
Onde: pa é a pressão do ar seco; ptotal é a pressão total (atmosférica); pv é a pressão parcial; pg é a pressão de saturação.
gtotal
g
gtotal
g
ppp
ppp
max.
..622,0
A máxima umidade absoluta corresponde a umidade relativa de 100% e é uma função da pressão total (atmosférica) e da temperatura que afetam Pg.
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag
APLICAÇÃO DA PRIMEIRA LEI EM MISTURA DE GASES – Exemplo 13.5
Q=-41,76 kJ/kg
PROCESSO DE SATURAÇÃO ADIABÁTICA
1-Uma mistura ar-vapor entra em contato com água líquida em um duto bem isolado;2-Sendo a UR <100%, uma parte da água ira evaporar e a temperatura da mistura gasosa irá diminuir;3-Se a mistura na saída estiver saturada e o processo for adiabático, esta temperatura é denominada TEMPERATURA DE SATURAÇÃO ADIABÁTICA.
Este é o processo utilizado para se determinar a umidade (relativa e absoluta) de misturas ar-vapor, pois através da medição da pressão e das temperaturas nas seções de entrada e saída.
PSICRÔMETRO
ATENÇÃO: A temperatura de bulbo úmido NÃO É IGUAL a temperatura de saturação adiabática!!! No entanto para misturas ar-vapor, a pressão e temperatura atmosféricas estas temperaturas são aproximadamente iguais, portanto nestas condições pode ser usada no cálculo, a temperatura de bulbo úmido.
1-Uma mistura ar-vapor escoa ao redor de um termômetro de bulbo seco e outro de bulbo úmido;2-Considerando o processo de saturação adiabática como existente tem-se:3-A temperatura da mistura na seção de entrada;4-A temperatura do ar na seção de saída (temperatura de saturação adiabática;5-Sabendo-se a pressão da mistura ar-vapor;6-Utiliza-se das tabelas termodinâmicas de propriedades do ar (A7) e água saturada (B1);7-Utilizando-se das equação:8-Encontra-se a umidade absoluta ω1;9-Através da equação:encontra-se a umidade relativa.
gtotal
g
ppp.
..622,0
CARTA PSICOMÉTRICA
1-Para se determinar o estado de uma mistura são necessárias pelo menos três propriedades;2-Neste exemplo a carta é construída para 1 bar;3-As linhas e curvas são obtidas através das equações fundamentais da termodinâmica;
Região de conforto humano
PROCESSOS NA CARTA PSICOMÉTRICA