Efeitos térmicos, 2º Lei da Termodinâmica, Entropia, Propriedades Termodinâmicas

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Termodinâmica I 
Lista 2º área (Efeitos térmicos, 2º Lei da Termodinâmica, Entropia, 
Propriedades Termodinâmicas) 
 
 
1. Qual é a quantidade de calor transferida em um trocador de calor em regime 
estacionário aproximadamente à pressão atmosférica, nos seguintes casos: 
a) Quando I0 mol de SO2 são aquecidos de 200 para 1100°C? (470073,56 J) 
b) Quando 12 mol de propano são aquecidos de 250 a 1200°C? (1942 KJ) 
 
2. Benzeno na forma de líquido saturado na pressão P1 = l0 bar (T1
sat = 451,7 K) é 
expandido através de um estrangulamento, em um processo em escoamento 
estacionário, para uma pressão P2 = 1,2 bar (T2
sat = 358,7 K), onde ele é uma mistura 
liquido/vapor. Estime a fração molar da corrente de saída que é vapor (x). Para o 
benzeno líquido, Cp= 162 J /mol.K e que 
satv TCpHx 
. Despreze o efeito da 
pressão sobre a entalpia do benzeno líquido. (0,498) 
 
3. Estime 
0
298fH
 para cada um dos seguintes compostos como um líquido a 25°C. 
(a) Acetileno, (220,8 kJ/mol) 
(b) 1,3-Butadieno, (88,5 kJ/mol) 
(c) Etilbenzeno, (-12,3 kJ/mol) 
 
4. A entalpia padrão da reação 
         2 2 2 2CaC 5H O CaO 2CO 5Hs l s g g   
 é Hr
o = 
-151,0 kJ/mol. Determine Ur
o. (-168,35 kJ) 
 
5. Utilize os dados tabelados de entalpia de formação para determinar as entalpias 
padrão das seguintes reações. 
 
     2 2 2N 2O 2NOg g g 
 (66,36 kJ/mol) 
 
       2 2 2 2 4SO +0,5O +H O H SOg g l l
 (-231,32 kJ/mol) 
 
 
6. Considerando 1 kg de água líquida: 
(a) Inicialmente a 0°C, a água é aquecida até 100°C pelo contato com um reservatório 
de calor a 100°C.Qual é a variação de entropia da água? E do reservatório de calor? 
Qual é o Stotal? (1,305 kJ/kgK; -1,121 kJ/kgK; 0,184 kJ/kgK) 
(b) Inicialmente a 0°C, primeiramente a água é aquecida até 50°C pelo contato com 
um reservatório de calor a 50°C e então até l00°C pelo contato com um reservatório a 
100°C. Qual é o Stotal? 0,097 kJ/kgK; 
(c) Explique como a água poderia ser aquecida de 0°C a 100°C com Stotal=0? 
 
 
7. Calor, em uma quantidade de 150 kJ, é transferido diretamente de um reservatório 
quente a T= 550 K para dois reservatórios mais frios a T1 = 350 K e T2 = 250 K. A 
temperatura da vizinhança é T = 300 K. Se a transferência de calor para o 
reservatório a T1 for a metade daquela transferida para o reservatório a T2, calcule: 
(a) A geração de entropia em kJ/K. (0,27 kJ/K) 
(b) O trabalho perdido. (81 kJ) 
 
8. Um inventor diz ter criado uma máquina cíclica que troca calor com reservatórios a 
25°C e 250 °C, e produz 0,45 kJ de trabalho para cada kJ de calor extraído do 
reservatório quente. É possível acreditar nessa invenção? (Sim, >máx) 
 
9. Uma planta nuclear de potência gera 750 MW, a temperatura do reator é de 315 °C 
e água de um rio está disponível na temperatura de 20°C. 
a) Qual é a eticiência térmica máxima possível da planta, e qual a mínima taxa de 
transferência de calor na qual o calor deve ser descartado para o rio? (0,50; 745 MW) 
(b) Se a eticiência térmica real da planta é 60% do valor máximo, em que taxa o calor 
deve ser descartado parao rio, e qual é o aumento da temperatura do rio, se ele tiver 
uma vazão volúmétrica de 165m3/s? (1742 MW; 2,52K) 
 
10. Vapor de etileno é resfriado, na pressão atmosférica, de 830 para 35°C pela 
transferência direta de calor para a vizinhança na temperatura de 25°C. Em relação a 
essa temperatura da vizinhança, qual é o trabalho perdido do processo em kJ/mol? 
Mostre que o mesmo resultado é obtido como o trabalho que pode ser gerado por 
máquinas térmicas reversíveis operando com o vapor de etileno como fonte de calor e 
a vizinhança como sumidouro. A capacidade calorífica de etileno é fornecida na 
Tabela C.l do Apêndice C. (33 kJ/mol) 
 
 
11. Estime as variações na entalpia e na entropia quando amônia líquida a 270 K é 
comprimida de sua pressão de saturação de 381 kPa até 1200 kPa. Para a amônia 
líquida saturada a 270 K, Vtotal = 1,551 X I0
-3 m³/kg, e  = 2,095 X10-3/K. (-2,66 J/kgK; 
551 J/kg) 
 
 
12. Em um dispositivo êmbolo/cilindro, I quilograma de água (V,= 1003 cm3/ kg), 
inicialmente a 1 bar e 25°C, é comprimido em um processo isotérmico, 
mecanicamente reversível, até 1500 bar. Dados = 250 X 10-6 1/K e K = 45 X 10-6 
1/bar, determine Q; W; U, H e S. Uma consideração satisfatória 
é que V seja constante e igual ao seu valor médio aritmético.Lembrando que 
)()(ln 1212
1
2 PPkTT
V
V
 
 
(-10,84 kJ/kgK; 4,91 kJ/kg; -5,93 kJ/kg; 134,6 kJ/kg; -0,036 kJ/kgK). 
 
13. Água líquida, a 25°C e 1 bar, enche completamente um recipiente rígido. Se calor 
for adicionado à água até que a sua temperatura atinja 50°C, qual é a pressão final 
atingida? O valor médio de  entre 25 e 50°C é de 36,2 X 10-5 1/K. O valor de k , a 1 
bar e 50°C, é de 4,42 X 10-5 1/ bar e pode ser considerado independente de P. O 
volume específico da água líquida a 25°C é igual a 1,0030 cm³/ g.(205 bar) 
 
14. Vapor d'água úmido a 230°C possui uma densidade de 0,025 g/cm³. Determine x, 
H e S.(0,55; 1991 J/g; 4,6 J/gK) 
 
15. Um vaso com 0.15 m³ de volume contendo vapor d'água saturado a 150 °C, é 
resfriado até 30°C. Determine o volume e a massa de água líquida no vaso ao final do 
resfriamento. (0,37 kg, 379 cm³) 
 
16. Vapor dágua úmido a 1100 kPa, expande-se a uma entalpia constante (como em 
um processo de estrangulamento) para 101,33 kPa, atingindo uma temperatura de 
105°C. Qual é a qualidade do vapor no seu estado inicial?(0,953) 
 
17. Vapor d'águ. a 2100 kPa e 260°C expande-se a uma entalpia constante (como em 
um processo de estrangulamento) para 125 kPa. Qual é a temperatura do vapor no 
seu estado final e qual é a variação de sua entropia? Se o vapor d'água fosse um gás 
ideal, quais seriam a sua temperatura final e a sua variação de entropia? (224,8 °C; 
1,26 J/gK; 1,302 J/gK) 
 
18. Um recipiente rígido contém 0,014 m³ de vapor d'água saturado em equilíbrio com 
0,021 m³ de água líquida saturada a 100 °C. Calor é transferido para o recipiente até o 
momento em que uma fase desaparece, restando uma única fase. Qual a fase (líquido 
ou vapor) que permanece, e quais são a sua temperatura e a sua pressão? Que 
quantidade de calor é transferida no processo? (Líquido saturado, 349,8 °C; 
16500KPa) 
 
19. Um quilograma de vapor d'água encontra-se no interior de um dispositivo 
êmbolo/cilindro a 800 kPa e 200°C. 
(a) Se houver uma expansão isotérnica até 150 kPa, mecanicamente reversível, que 
quantidade de calor ele absorverá? (392 kJ) 
(b) Se houver uma expansão adiabática e reversível até 150 kPa, qual quantidade de 
trabalho será realizada? (-262 kJ) 
 
20. Um dispositivo êmbolo/cilindro opera de forma cíclica, com vapor d'água como 
fluido de trabalho. Executando as seguintes etapas: 
• O vapor, a 550 kPa e 200°C, é aquecido a volume constante até uma pressão de 800 
kPa. 
• Então, o vapor se expande, reversivelmente e adiabaticamente, até a temperatura 
inicial de 200°C. 
• Finalmente, o vapor é comprimido em um processo isotérmico, mecanicamente 
reversível, até a pressão inicial de 550 kPa. 
Qual é a eficiência térmica do ciclo? (0,167) 
 
21. A partir de dados das tabelas de vapor: 
(a) Determine os valores de Gl e Gv para o líquido e o vapor saturados a 150(psia). 
Esses valores deveriam ser iguais? 
(b) Determine os valores de Hlv/T e SIv a 150(psia). 
 
 
22. Um tanque com capacidade de 50 m³ contém vapor d'água a 4500 kPa e 400°C. 
Vapor sai do tanque através de urna válvula de alívio para a atmosfera até que a 
pressão no tanque caia para 3500 kPa. Se o processo de retirada do vapor é 
adiabático, calcule a temperatura final do vapor no tanque e a massa de vapor que sai 
do tanque. (362,46 °C, 137 kg) 
 
23. Vapor d'água superaquecido, a 700kPa e 20 °C a uma vazão de 50 kg/s, é 
misturado com águalíquidaa 40°C para produzir vapor a 700 kPa e 200 °C. 
Considerando operação adiabática, em que vazão a água é alimentada no rnisturador 
? Qual é a 
GS

para o processo? Qual é a característica irreversível do processo? (3,2 
kg/s; 3,5 kJ/Ks)