Exercícios de Termodinâmica

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Conceitos fundamentais EnerGia potencial Lei Da de Energia de do para do do energia a Lei Da potencial não muda, quer que de energia Para um potencial não muda Sistema de mas perda, não tem não permite a de compressão Processes não de do longo do E1. Quando um sistema é levado do estado a para estado b ao longo do caminho acb, 100 J de calor fluem de do para dentro do sistema e sistema realiza 40 J de trabalho. a) Quanto calor flui para dentro do d sistema ao longo do caminho aeb se P não do potencial quimico do O trabalho realizado pelo sistema é de e b) sistema retorna de b para a ao longo do caminho bda. Se o trabalho a realizado no sistema é de 30 J, sistema absorve ou libera calor? 1 Energia interna, calor Quanto? V de que etrabalho que sua energia a mesma Como mesmo caminho de so que mudames valor de sua energia 603 Trabalho não de estado de do libora Sistems na Balanço de massa sistems em sistemas abertos EnerGia cinética mássicoE3. Duas tubulações distintas com diâmetros internos de 0,060 m e 0,086 m (d2) transportam água a 25°C a 3 e 4 respectivamente. Essas correntes se misturam em um misturador Taxa de do devide a conectado a uma tubulação de saída de 0,130 m de diâmetro Qual a velocidade média final de escoamento. Dado: densidade da água a 25°C 997,0 10 E2. Ar entra em um volume de controle de uma entrada e uma saída a 8 bar, 600 40 através de uma área de 20 cm2. Na saída, a pressão 2 bar, a temperatura vale 400 e a velocidade é de 350 ar se comporta como um gás ideal. Para uma operação em regime permanente, determine: de (a) A vazão mássica, em kg.s⁻¹; (b) A área de saída, em E3. Ar se expande em uma turbina nas condições mostradas na figura abaixo. A turbina opera em regime permanente e desenvolve uma potência de 3200 kW. A velocidade de entrada é pequena comparada com a velocidade de saída, e a transferência de calor entre a turbina e as suas vizinhanças juntamente com os efeitos de energia potencial podem ser consideradas desprezíveis. Calcule a vazão mássica do ar, em bem como a área na saída da turbina, em T Valor de R Unidades Adote a massa molar do ar como sendo 28,9 Considere: Ar comporta-se como um gás ideal; A turbina opera em regime permanente; A turbina é adiabática; A variação da energia potencial é desprezível V1 que comparado a que Balanco de energia 3200 em sistemas abertos Principio do de de liquida do mssi Q1. Um sistema é formado por dois tanques conectados por uma válvula. Um tanque contém 2 kg de monóxido de carbono gasoso à bar. outro tanque contém 8 kg do mesmo gás a bar A de válvula é aberta permitindo a mistura dos gases enquanto energia sob a forma de calor é absorvida pela vizinhança A temperatura final do equilíbrio é Determine a quantidade de calor trocado durante processo, em Considere: 10 Q AU Monóxido Monóxido de de Carbono Carbono Válvula bar bar -- deQ2. Um dispositivo constituído de um cilindro-pistão contém 0,7 de um gás ideal, inicialmente a 200 kPa e 25 °C. 0 gás é submetido a uma pressão constante de 450 kPa e comprimido em um processo isotérmico. Determine a quantidade de calor, em kJ, transferida durante processo. Considere: sistema cilindro-pistão constitui um sistema fechado Vapor escoa através de um bocal convergente isolado termicamente, com 25 cm de comprimento A variação das energias cinética e potencial pode ser desprezada e5 cm de diâmetro na entrada. Na entrada do bocal, a temperatura é 325oC e a pressão é Na saída do bocal, a temperatura é 240oC a pressão é 350 Determine a velocidade do vapor na saída do bocal. fluido é um gás ideal Determine o diâmetro do bocal na saída. Considere: Estado estacionário Q Entalpia na entrada: 3112,5 kJ/kg Velocidade na entrada: 30 m/s Volume específico na entrada: 388.61 cm³/g Entalpia na saída: 2945,7 kJ/kg Volume específico na saída: 667,75 cm³/g 3 Q3. Uma corrente de água morna é produzida em um processo de mistura, em estado estacionário, combinando 1,0 kg/s de água fria a 25 °C com kg/s de água quente a 75 °C. Durante a mistura, perdido para a vizinhança na taxa de 30 kJ/s. Determine a temperatura da corrente de água morna na saída do processo. Considere: Cp da água 4,18 kJ/kg.k Q m.Cv.AT Regime permanente A variação das energias cinética e potencial pode ser desprezada. 1. A figura abaixo mostra um sistema em que vapor água entra no condensador de uma usina de potência a 0,1 bar e com um título de condensado sai 0,1 bar A água de resfriamento entra no condensador como um outro fluxo na forma e sai como líquido a 35°C sem nenhuma variação de pressão. A transferência de calor no exterior do condensador e as variações das energias cinética e potencial podem ser desprezadas. Para uma operação em regime permanente, determine: a) A razão entre a vazão mássica da água de resfriamento pela vazão do vapor 'água que se condensa (34,4) b) A transferência de calor do vapor que se condensa para a água de resfriamento em kJ por kg de vapor que escoa através do condensador (-2157,1) Condensado Vapor bar bar I 0.90 Q4. Um tanque contendo 20kg de água a 20oC é equipado com um agitador que realiza trabalho na água numa taxa de 0,25 kW. 0 tanque não permite troca de calor com a vizinhança. Determine tempo decorrido até a resfriamento de 20°C temperatura da água alcançar da água kJ/kg.k Q5. Água escoa através de uma serpentina horizontal, que é aquecida pelo lado externo por gases de exaustão a alta temperatura. Ao atravessar a serpentina, a água muda de estado, passando de líquido 200 kPa e 80°C) para vapor (@ 100 kPa e 125°C). velocidade da água é3 m/s na entrada e 200 m/s na saída. Determine calor transferido por unidade de massa de água através da parede da serpentina. Considere: Entalpia na entrada: 334,9 kJ/kg Entalpia na saída: 2726,5 kJ/kgQ1. Um sistema é formado por dois tanques conectados por uma válvula. Um tanque contém 2 kg de monóxido de carbono gasoso à bar. outro tanque contém 8 kg do mesmo gás a 27°C e 1,2 bar válvula é aberta permitindo a mistura dos gases enquanto energia sob a forma de calor é absorvida pela vizinhança A temperatura final do equilíbrio é Determine a quantidade de calor trocado durante processo, em kJ. Considere: Cv 0,745 kJ/kg.K Q m.Cv.AT Monóxido Monóxido de de Carbono Carbono Válvula e 0,7 bar 1.2 bar Considerando Q3. Uma corrente de água morna é produzida em um processo de mistura, em estado estacionário, combinando 1,0 kg/s de água fria a 25 °C com kg/s de água quente a Durante a mistura, calor é perdido para a vizinhança na taxa de kJ/s. Determine a temperatura da corrente de água morna na saída do processo. Considere: da água 4,18 kJ/kg.k Q m.Cv.AT Regime permanente A variação das energias cinética e potencial pode ser desprezada. Q5. Água escoa através de uma serpentina horizontal, que é aquecida pelo lado externo por gases de exaustão a alta temperatura. Ao atravessar a serpentina, a água muda de estado, passando de líquido (@ 200 kPa e 80°C) para vapor 100 kPa e 125°C). velocidade da água é3 m/s na entrada e 200 m/s na saída. Determine calor transferido por unidade de massa de água através da parede da serpentina. Considere: Entalpia na entrada: 334,9 kJ/kg Entalpia na saída: 2726,5 kJ/kgEnergia de reação Qual é calor padrão da reação abaixo a 900 °F? Calor sensível, latente e padrão de reação 2H2S (g) + (g) 2H2O (g) + (g) Iron (hematite) -824,200 (magnetite) -1,118,400 -1,015,400 Iron FeS, -178,200 -166,900 chloride -408,610 -1,012,650 chloride -1,311,300 Nitric acid HNO -174,100 Nitric HNO (aq) NO 86,550 33,180 51,310 (g) 82,050 104,200 9,160 -1,044,440 bonate -4,081,320 (aq) hydroxide NaOH -379,494 (g) -371,060 Sulfur trioxide -441,040 H2SO4 -813,989 -744,530 Water -285,830 -237,129 to 100 -1.299 0 a 1,450 0.41 : de de 4a Determine calor padrão de formação do propileno líquido a 25 Propileno 365.6 0.289 productsE3. Calcule a entalpia de reação a 298 K para as seguintes reações: CH₄(g) CO₂(g) + 2H₂O(g) CH₄(g) CO₂(g) + Entalpia padrão Energia de Gibbs formação (em J/mol) 900 E1. A reação de combustão da ureia pode ser escrita como arbonate 790 795,800 -986,090 3 + + + $ 2 -33,560 400 200 A 25°C, calor da reação da ureia é 631,66 kJ/mol. Determine de formação padrão oride da ureia a 25°C. 74,100 10 200 -333509 carbonate 150 dioxide acid Water Carbon dioxide CO2 (g) Nome: Identifique folha de prova Instruções Água é mantida a 300°C. Sabendo que a kJ/g 100°C Questão 1. determine (2,0 pontos). 0 calor de vaporização da água 300°C. R: E2. Um processo para a produção de 1.3-butadieno é conduzido através da desidrogenação catalítica do 1-buteno à pressão atmosférica, dada pela reação: C₄H₈ (g) + H₂ (g) A reação isotermicamente Nesta temperatura, apenas 33% molar 1-buteno são convertidos Determine a quantidade de calor envolvida no processo de conversão de 1 mol de 1-buteno. de Dados: Entalpia de formação padrão: 1-buteno (g): -540 J/mol 1.3-butadieno (g): 109.240 J/mol Questão (2,5 pontos) Calcule 0 calor padrão, a 2HCN(g) para a seguinte reação: -1.299 4,136Segunda lei da termodinâmica Balanço de entropia Water flows spontaneously higher lower que energia de Fonte Quente 00 Caldeira a Wentra Wsat Turbin Condesador bd Q, Fonte Fria , E1. Um mol de ar executa um ciclo de Carnot. reservatório quente está a 800 °C e reservatório frio está a 25 A pressão varia entre 0,2 bar e 60 bar. Determine trabalho líquido produzido e a eficiência do ciclo. Adote k 1,4. Considere: for are do Gás ideal com capacidades caloríficas constantes Quatro etapas mecanicamente reversíveis. Tq 1 1013.15 2 Tf Tq 4 , volume molar ?? 6.10Ciclo a vapor E1. Um inventor projetou um complicado processo no qual fluido Afirma-se que os efeitos líquidos do processo são: Uma mudança de 250 °C e 3 bar para bar. A produção de 1800 de trabalho. A transferência de uma quantidade de calor, em aberto, para reservatório de calor Determine se desempenho indicado do processo é consistente com a segunda lei da termodinâmica. Suponha que de estado 3 4 Questão. (3,0 pontos). é em um aquecedor de água de abastecimento é obtido misturando uma com um fluxo de líquida (a MPa Admitindo que a taxa de transferência de calor para ambiente é desprezível, determine: (a) A vazão necessária de água líquida do processo. pontos) (b) A entropia gerada durante esse processo. (1,5 pontos) E2. em um bocal MPa e 640 uma velocidade de 20 Esse processo pode ser considerado A pressão de saída do bocal é de 0,1 MPa. (a) Qual é a variação de entropia do vapor? (b) Qual é a temperatura de saída? (c) Qual é a velocidade de saída? de Questão 4. (3,0 pontos). Nitrogênio gasoso a 400°C e kPa é alimentado 20 kg/s numa recuperação de energia e transfere calor para a água em ebulição a 101,3 kPa. A água alimentada caldeira caldeira como líquido saturado a 101,3 kPa e sai da caldeira a 150°C na mesma pressão. nitrogênio na resfriado até calor perdido para a vizinhança é de 80 kJ por quilograma de vapor gerado Considere nitrogênio como um gás ideal com Determine: (a) A taxa de produção de vapor. (1,5 pontos) (b) A entropia gerada no processo. (1,5 pontos) 2 400°C saturada @ @ Caldeira I ==Questão. (3,0 pontos). Vapor saturado é produzido em um aquecedor de água de abastecimento é E1. Um inventor projetou um complicado processo sem escoamento, no qual mol de fluido obtido misturando uma corrente de vapor com um fluxo de de trabalho. Afirma-se que os efeitos líquidos do processo são: água líquida (a 2,7 MPa 228,07 Admitindo que taxa de transferência de calor para ambiente Uma mudança de estado do ar de 250 °C 3 bar para 80 e bar. A produção de 1800 J de trabalho. desprezível, determine: A transferência de uma quantidade de calor, em aberto, para reservatório de calor a 30 °C. (a) A vazão necessária de água líquida do processo. (1,5 pontos) Determine se 0 desempenho indicado do processo é consistente com a segunda lei da (b) A entropia gerada durante esse processo. (1,5 pontos) termodinâmica. Suponha que 0 um gás ideal com Sistema Fecnado Aquecedor Questão 1. pontos) Uma corrente de mol/s de continuamente com correme de de gerando uma corrente de saida a 0 processo de escoamento estacionário todas as correntes são mantidas temperatura da mantida Considere como gás ideal com (7/2)R. as variações de energia potencial Determine: 74.025 2700 977.968 2601.8 (228.07) 981.222 2801.7 6.2244 (a) A de transferência de (b) A de geração de entropia. YOOK Questão de 4. (3,0 pontos). Nitrogênio gasoso a 400°C e 101,3 kPa é alimentado 20 kg/s numa recuperação de energia e transfere calor para a água em ebulição a A água alimentada caldeira caldeira como líquido saturado a kPa e sai da caldeira a 150°C na mesma pressão. nitrogênio na é resfriado até calor perdido para a vizinhança é de 80 kJ por quilograma de vapor gerado. " Considere nitrogênio como um gás ideal com Determine: (a) A taxa de produção de vapor. (1,5 pontos) (b) A entropia gerada no processo. (1,5 pontos) 400°C saturada kPa H2O 150°C 101,3 Caldeira I 300 V 1.044 1673.0 101.325 U 418.959 2506.5 (100.00) H 419.064 2676.0 S 1.3069 7.3554 V 1.044 1673.0 1673.0 1792.7 1910.7 2027.7 2143.8 2259.3 2374.5 101.325 U 418.959 2506.5 2506.5 2544.7 2582.6 2620.4 2658.1 2695.9 2733.9 (100.00) H 419.064 2676.0 2676.0 2726.4 2776.2 2825.8 2875.3 2924.8 2974.5 S 1.3069 7.3554 7.3554 7.4860 7.6075 7.7213 7.8288 7.9308 8.0280 0,281aula de exercícios H2O 300°C 0,38 0,38 3 = 100°C Questão 1. (2,5 pontos) Calcule 0 calor padrão, a para a seguinte reação: + C₂H₂(g) 2HCN(g) T.T2 -3 = 8,314 8,