Faculdade de São Bernardo do Campo-FASBEngenharia Química Lista de Exercícios de Termodinâmica II Prof. Alessandro Henrique de Oliveira : U=W=50. Então. o trabalho. Q=-W=-3990 J/mol.706.628.26 J 2 . U=Q=4958 J. Q. H=-7840 J/mol. H=Q=-34. b) U=Q=24. Resp. sofrem uma compressão de P1=5 atm e T1=500 K para P2=20 atm pelas seguintes trajetórias: i) Adiabaticamente ii) isotermicamente Admitindo reversibilidade mecânica. W=9916 J (2a etapa).0 Bar e 25ºC. W=0.48 J. porém diferentes. H=34. 2a Etapa-Q=U=-5600 J/mol.57 J.710.790. Q=0 b) Esboce cada trajetória num único diagrama PV. 03) Esboce um gráfico P x das transformações ocorridas nos exercícios 01 e 02. W=0 (1a Etapa). H=7840 J/mol.706. calcule o calor.: a) H=U=0. determine: a) W.67 J. seguido por resfriamento a pressão constante. através de dois processos mecanicamente reversíveis. W=0 (2a etapa). b) 1a Etapa-Q=0. b) Aquecimento a volume constante. U=-4958 J. U=24. Admitir 1.55 J. H=6941 J. a variação de entalpia e de energia interna do ar em cada trajetória: a) Resfriamento a pressão constante.790. seguido por aquecimento a volume constante. 02) Considere as mesmas condições do exercício 01 e os seguintes processos mecanicamente reversíveis: a) Compressão isotérmica b) Compressão adiabática seguida de resfriamento a volume constante Resp.0 mol de ar nas condições ideais.0 Bar e 25ºC. H=70.67 J.01) Admita o ar nas seguintes condições: 1. W=1983 J (1a Etapa).: a) H=Q=-6941 J.: U=H=0. 04) Dez mols de um gás ideal com Cp=7/2 R e Cv=5/2 R. Q=-W=-57. W=U=5600 J/mol.48 J. então: Cp=7/2.507.R e Cv=5/2. Resp. Suponha que ele seja comprimido até 5. num sistema cilindro-pistão.R. U e H em cada processo (em J). Resp. o fluxo de calor (Q).1120 m3/mol. W=-11.63 J/mol. Calcule para as trajetórias ABC. e por fim. comprimido isotermicamente ao seu estado original.0056 m3/mol.87 J. W=U=-4645 J. inicialmente a 30C e 500 kPa. Resp. 2a Etapa-Q=H=6503.87 J. P C P2 P1 A B V1 V2 V Resp.63 J. W=16. passa pelo seguinte processo cíclico em um sistema fechado: Primeiro ele é expandido adiabaticamente para 100 kPa e então aquecido à pressão constante de 100 kPa até 30C.998. Q=-5390. U=0. CicloU=H=0.32 J/mol 06) Dois mols de um gás ideal (Cp=7/2 R).82 J. W=-1858.608.608. H=-6503.63 J. onde a trajetória AC é uma isoterma. c) Explique teoricamente a letra a.: a) 1a Etapa-Q=0.63 J/mol. W=8112. U=0. 3a Etapa-Q=-8112.95 J/mol. mostrando todas as transformações sofridas por este gás. Q=16. 3 . U=4645. W=1607. Q=11. b) Um gráfico P x V. U e H. Dados: P2=10 atm.32 J/mol. a variação de energia interna (U) e a variação de entalpia (H) para cada etapa e para o ciclo. V2=0.82 J. determine: a) O trabalho (W). Considerando estas três etapas de transformação do gás ideal. V1=0. W=5390. AC e para o ciclo ABCA: Q.: ABC-H=0.998. W. e Cv=5/2 R. Q=-1607.05) Um mol de gás ideal é levado através de um ciclo ABC a seguir.18 J. ABCA-H=0. U=0. AC-H=0.95 J/mol. Considerar o processo mecanicamente reversível.45 J. U=H=0. T2 V1 T1 V2 1 ( Equação A) T2 P2 T1 P1 1 ( Equação B) 4 . N-14.: a) AB-compressão isocórica e BC-expansão isotérmica. P B P2 T2>T1 C P3 P1 T2 A T1 V1 V V2 Resp.314 J/mol.5 J 08) Demonstre que a equação A também pode ser expressa pela equação B.2 J.atm/mol. b) A pressão no ponto C (P3) em atm. Q=66.08205 L. Considerando que a amônia esteja a 350 K e 2. pede-se: a) As transformações nas trajetórias AB e BC.K.1 J/mol.052. b) 2. H-1.K=0. c) W=0. c) A quantidade de calor (Q) e trabalho (W) nas trajetórias AB e BC em JOULE (J). Dados: Cp=29.K R=8.515.82 atm.07) 170 g de amônia (NH3) foram submetidos às transformações mostradas no diagrama PxV. Q=-W=17. Obs: Considerar as transformações mecanicamente reversíveis e a amônia como gás ideal.0 atm no início (em A) e 670 K e 195 L no final (em C) da transformação. Cp=29. ii) W=U=-27.43 J.1 J/mol. b) 315.43 J.104.92 J. pede-se para 5.865. T2=250 K.0 mols de gás ideal: a) Quais as transformações nas trajetórias AB e BC? b) A temperatura no ponto C. Resp. c) HAB=9483. Dados: P1=200 kPa. Cv=20.: i) W=-51. c) A variação de entalpia nas trajetórias AB e BC. Q.69 J. determine: a) W. H=-39.8 J/mol. b) Esboce cada trajetória num único diagrama PV.09) Considerando o diagrama P x V a seguir. Q=51. U=H=0. Q=0.69 J e HBC=9483.69 J 10) 5. 5 .865. sofrem uma expansão de P1=8 bar e T1=600 K para P2=1 bar pelas seguintes trajetórias: i) Temperatura constante ii) Adiabaticamente Admitindo reversibilidade mecânica. U e H em cada processo (em Joule).18 K.K Obs: Considerar as transformações mecanicamente reversíveis.K.: a) AB-resfriamento isobárico e BC-compressão adiabática. P C P2 P1 B A T1 T2 V3 V2 V1 V Resp.931. P2=450 kPa.0 mol de um gás ideal com Cp=7/2 R e Cv=5/2 R. 2% de CO2. Estime pelo método do Cp tabelado.: -8054.T. Resp.28% e N279.77. Essa mistura está a 400ºC e pretende-se resfriar este gás até 150ºC para que este entre num reator de leito catalítico.ºC em termos de T(ºC).04%.T 12) Calcule a variação de entalpia que ocorre na elevação de temperatura de 1000 mol da seguinte mistura gasosa de 25ºC até 600ºC. Resp. Um estudo de viabilidade econômica indica que um rejeito sólido urbano pode ser convertido por queima num gás com a seguinte composição: 9. Entretanto.0% de N2.: 33.: Cp=2. O2-9. CH4-80% molar e C2H6-20% molar. Qual é o ΔH do processo? Estime pelo método do Cp.12%. SO3-0.10-3. Qual é a diferença de entalpia para este gás por lbmol entre o fundo e o topo da chaminé se a temperatura na parte inferior é de 550ºF e a temperatura no topo é de 200ºF? Supor o gás isento de umidade.3 cal/mol 6 .T+1. Resp. 14) Pretende-se fazer uma recuperação de calor utilizando-se um trocador de calor.T2 (cal/mol. Resp.07+1.319.487+2.10-4. Resp.72.ºC) Qual é a variação de entalpia associada com o aquecimento do monóxido de carbono de 500ºC até 1000ºC? Resp.56%. 7. 13) Dois mols de nitrogênio (N2) são aquecidos de 40ºC até 280ºC num cilindro. ou diluídos com o ar. os gases quentes exauridos geralmente devem ser resfriados.93 J.395+6.0 mol de gás? Calcule através do método da utilização do Cp (médio).10-7.3. Determine a expressão para Cp em J/g. 1. O processo dispõe de um gás que apresenta a seguinte composição: SO2-11.: -2591.04 kJ.ºF e T=temperatura em ºF.5% CO. onde: Cp=capacidade calorífica em BTU/lb.6 BTU/lbmol 16) O calor específico do monóxido de carbono (CO) é dado pela seguinte equação: Cp=6.460.25 J.11) A capacidade calorífica da amônia é dada pela seguinte expressão: Cp=0.: 3489.: 14. 15) A conversão de rejeitos sólidos em gases inócuos pode se dar em incineradores de forma aceitável em termos ambientais.3% O2 e 82.10-4. Dados: Cp’s no apêndice E-Himmelblau. Qual é a variação de entalpia sofrida por 1.29. Tn=373.1 K Resp. Dados: 1250 kmol/h de ar.090.9 Metanol 1189. b) 247. 19) Sabendo-se que o calor latente de vaporização da água a 100ºC é igual a 2257 J/g. Dados: T c=647. 20) Valores obtidos na literatura para o calor latente de vaporização. dado o valor a 0ºC.: 184. 22) Utilize a equação de Riedel para estimar o calor de vaporização (em kJ) de 10 mol de propileno no seu ponto normal de ebulição. R=8.17) O ar utilizado na queima de um combustível passa por um economizador de energia. são fornecidos na tabela a seguir.5 Tetraclorometano 217.55 Bar. em J/g. Substância a 0ºC Clorofórmio 270.1 K. Dados: R=8.: 1. Resp. R=8.: 1. calcule a variação de entalpia do ar em kcal/h. 1055.15 K.017.9 J/g. 1194. 7 .314 J/mol. 193.1 J/g. Resp. para alguns líquidos puros a 0ºC. Dados: Tc=647. composição molar média do ar: 21% de O2 e 70% de N2.K.6 J/g.K.5 kcal/h 18) Estime o calor latente de vaporização da água. estime o calor latente a 300ºC.: 515.372.80 J/mol.22 J/g. Considerando que o ar atmosférico é introduzido a 25ºC e tem sua temperatura elevada até 150ºC.5 J/g. Resp.5 J/g.8 Para estas substâncias determine: a) O valor do calor latente a Tn usando a equação de Watson.314 J/mol. 21) Utilize a equação de Riedel para estimar o calor de vaporização (em kJ/g) da acetona no seu ponto normal de ebulição. Pc=220.K. para entrar na câmara de combustão de uma caldeira.5 J/g.97 kJ. onde é aquecido em contracorrente pelos fumos de combustão. 192. Resp. utilizando a equação de Riedel.578.: a) 245 J/g.: 42.314 J/mol. Resp. b) O valor do calor latente a Tn usando a equação de Riedel. 6 J/g. d) Não. então. R=8.314 J/mol. operando em regime permanente. A água é expandida até que a pressão seja 100 kPa e neste ponto o título é igual a 90%. calor de um reservatório a 100 °C até que a amônia apresente pressão e temperatura respectivamente iguais a 800 kPa e 70 °C. Resp. Admitindo que o processo de expansão seja adiabático reversível. cujas temperaturas são.77 kJ.314 J/mol.: -97. 1.24 kJ 26) Um conjunto cilindro-pistão-mola contém 1 kg de amônia como líquido saturado a – 20 °C.35%.K.94 kcal/h. 1031.K.: a) 247. recebe 500.: a) 1195. Dados: ∆Hclorofórmio (à 0ºC)=270. b) 245 J/g 24) Determine o calor latente de vaporização do metanol (em J/g) na temperatura normal de ebulição (Tn).9 J/g. 8 . 1447.21 J/g 25) Um conjunto cilindro-pistão contém 1 kg de água a 300 °C. Admitindo que este processo seja internamente reversível. respectivamente.31 kJ.: a) 333251 kcal/h. Resp: 2. R=8. c) -742. 474. d) A máquina térmica é de Carnot? Resp.4 J/g.23) Determine o calor latente de vaporização do clorofórmio (em J/g) na temperatura normal de ebulição (Tn). b) O rendimento térmico da máquina. Transfere-se. utilizando as equações de: a) Riedel b) Watson.K. determine qual é a pressão inicial na água e o trabalho realizado no processo de expansão. b) 1055.74 kcal/h.5 J/g.K. b) 33. determine o trabalho realizado. o calor transferido e a geração de entropia. 400ºC e 50ºC.000 kcal/h de uma fonte quente e produz uma potência de 260 HP. Calcular: a) O fluxo de calor transferido para a fonte fria. Dados: ∆HMETANOL (à 0ºC)=1189. utilizando as equações de: a) Riedel b) Watson.052 MPa. c) A variação de entropia que ocorre na fonte quente e na fonte fria. Resp. Resp.31 kJ/K 27) Uma máquina térmica. e)S 29.106 kcal/h.4. Calcular o rendimento e o trabalho da máquina A.16 kg/h. calcular: a) a vazão de vapor que percorre o ciclo (kg/h).1 atm WCompress WTurb 3 2 QCond Resp. T1 Q1B Q1A WB B Q2B WA T2 A Q2C C WC Q3A Q3C T3 Dados: T3=300K WB=WC WC=500 kcal Q3C=1500 kcal Q1B=3000 kcal Q1A=7000 kcal Resp. x4=0. e) o rendimento térmico do ciclo. c) o fluxo de calor trocado na caldeira. que funcionam de acordo com um ciclo de Carnot. d) o fluxo de calor trocado no condensador. 9 .43 CV. respectivamente.. c) 27. b) a potência utilizada na compressão da mistura (transformação 3-4) em CV.: a) 57379. 10 atm T Dados: x1=1. B e C. QCald S2=S1 e S4=S3 1 4 0.63%.28) O esquema abaixo apresenta as máquinas A.106 kcal/h. WA=2625 kcal 29) O ciclo de Carnot do diagrama apresenta uma fase de vaporização e uma de condensação cujas pressões são 10 kgf/cm2 e 0.375.6. d) -19. b) 2083. Conhecendo-se a potência da turbina WT=15000 CV.: ηA=0.1 kgf/cm2. 5 Kgf/cm2 no condensador. -1728.5 kgf/cm2.02 kJ/kg. Sabe-se que o vapor entra saturado na turbina e que a água que sai do condensador está saturada. 29. 3. Resp.22%. 31) Calcular o rendimento.: -723. 32) Calcular o rendimento de um ciclo de Ranquine sabendo-se a pressão da caldeira é de 50 kgf/cm2 e a do condensador é de 0. Resp.4 kJ/kg. 2446.1698 kJ/kg.30) Determine a eficiência e os fluxos de calor e trabalho de um ciclo de Rankine que opera com vapor d’água saturado a 3000 kPa na caldeira e 25 kPa no condensador.: 32. 2527. 29. considerando que o vapor entra superaquecido na pressão de 5000 kPa e temperatura de 500C.: -741. Resp. Sabe-se que o vapor entra saturado na turbina e que a água que sai do condensador está saturada. Supor temperatura de saída da bomba igual a 81.: 29. 10 .47%.73 kJ/kg.89 kJ/kg. 33) Repetir o problema 06.58 kJ/kg.035 kJ/kg.37%.33 C.38%. 5. os fluxos de calor e o trabalho líquido de um ciclo Rankine operando com 50 Kgf/cm2 na caldeira e 0. Resp.27 kJ/kg. 1788.