Lista 1

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Termodinâmica II 
Lista de exercícios 1 
1. Uma corrente de nitrogênio, escoando a uma vazão de 2 Kg s
-1
, e uma corrente de 
hidrogênio, escoando a uma vazão de 0,5 Kg s
-1
, misturam-se adiabáticamente em um 
processo continuo (de escoamento) em regime estacionário. Se os gases forem 
considerados ideias, qual será a taxa de aumento da entropia resultante do processo? 
 
2. Qual é o trabalho ideal para a separação de uma mistura equimolar de metano e etano 
a 175 
o
C e 3 bar em um processo continuo em regime estacionário em duas correntes 
de produtos dos gases puros a 35 
o
C e 1 bar, se Tσ=300 K? 
 
3. Qual é o trabalho necessário para a separação do ar (21 % em base molar de oxigênio 
e 79 % de nitrogênio) a 25 
o
C e 1 bar em um processo continuo em regime estacionário 
em duas correntes de produtos dos gases puros oxigênio e nitrogênio, também a 25 
o
C 
e 1 bar, se a eficiência do processo for de 5 % e se Tσ=300 K? 
 
4. Cinquenta, (50) mol s
-1
 de ar enriquecido (50% molar de N2, 50 % molar de O2) são 
produzidos pela combinação contínua de ar (79 % molar de N2, 21 % molar de O2) com 
uma corrente de oxigênio puro. Todas as correntes estão nas condições constantes de 
T = 25 
o
C e P = 1,2 atm). Não existem partes móveis. 
a- Determine as razões de ar e oxigênio (mol s
-1
). 
b- Qual é a taxa de transferência de calor para o processo? 
c- Qual é a taxa de geração de entropia SG(W K
-1
)? 
Enuncie todas as considerações. 
Sugestão: Trate o processo global como uma combinação de etapas de separação 
e mistura. 
 
5. Para o sistema etileno(1)/propileno(2) com um gás, estime ���, ��� , φ��	e φ
�
�
 a t = 150 
o
C, 
P=30 bar e y1=0,35. 
a- Através da aplicação das Eqs. (11.63) 
b- Considerando que a mistura é uma solução ideal. 
 
6. A energia de Gibbs em excesso de uma mistura binária líquida a T e P, é dada por: 
G
E
/RT = (-2,6x1 – 1,8x2)x1x2 
a. Encontre expressões para lnγ1 e lnγ2 a T e P. 
b. Mostre que, quando essas expressões são combinadas de acordo com a Eq. 
�� 	
⁄ = ∑����γ�, a equação fornecida para G
E
/RT é recuperada. 
c. Mostre que essas expressões satisfazem a Eq. ∑�����γ�, a equação de Gibbs-
Duhem. 
d. Represente graficamente os valores de G
E
/RT, lnγ1 e lnγ2, calculados pela equação 
fornecida para GE/RT e pelas equações deduzidas no item (a), vs. x1. Identifique os 
pontos ��γ
�
∞e ��γ
�
∞ e mostre seus valores. 
 
7. A energia de Gibbs em excesso de uma mistura ternária particular é representada pela 
seguinte expressão empírica, com os parâmetros A12, A13 e A23 funções somente de T e 
P. 
a. Determine as expressões correspondentes para lnγ1 e lnγ2. 
b. Verifique se os seus resultados no tem (a) satisfazem a relação de soma. 
c. Para a espécie 1 determine expressões (ou valores) para lnγ1 para os casos limites: 
x1 = 0 e x1 = 1, x2 = 0 e x3 = 0. O que estes casos limites representam. 
 
8. As seguintes expressões foram propostas para as propriedades parciais molares de 
uma mistura binária particular: 
 
��� = �� + ��� ��� = �� + ��� 
 
Aqui, o parâmetro A é uma constante. Essas expressões podem estar corretas? 
Explique: 
 
9. (12.26) A 25 
o
C e pressão atmosférica, a variação de volume na mistura de misturas 
binárias liquidas das espécies 1 e 2 é fornecida pela equação: 
 
∆V = x1x2(45x1 + 25x2) 
 
Onde ∆V está em cm
3
 mol
-1
. Nessas condições, V1 = 110 e V2 = 90 cm
3
 mol
-1
. Determine 
os volumes parciais molares em uma mistura contendo 40 % na base molar da espécie 
1 nas condições dadas. 
 
10. (12.27) A variação de volume na mistura (cm
3
 mol
-1
) para o sistema etanol(1)/éter 
metil-butílico(2), a 25 
o
C, é dada pela equação: 
 
∆V = x1x2[-1,026 + 0,220(x1 – x2)] 
 
Com V1 = 58,63 e V2 = 118,46 cm
3
 mol
-1
 fornecidos, qual o volume da mistura formada 
quando 750 cm
3 
da espécie 1 pura são misturados com 1500 cm
3
 da espécie 2 a 25 
o
C? 
Qual seria o volume se uma solução ideal fosse formada? 
 
11. (12.28) Se LiCl.2H2O(s) e H2O(l) são misturados isotermicamente a 25 
o
C para formar 
uma solução contendo 10 mol de água para cada mol de LiCl, qual é o efeito térmico 
por mol de solução? 
 
12. (12.29) Se uma solução liquida de HCl em água, contendo 1 mol de HCl e 4,5 mol de 
H2O, absorve 1 mol adicional de HCl(g) na temperatura constante de 25 
o
C, qual é o 
efeito térmico? 
 
13. (12.30) Qual é o efeito térmico quando 20 Kg de LiCl(s) são adicionados a 125 Kg de 
uma solução aquosa contendo 10 % em massa de LiCl em um processo isotérmico a 25 
o
C? 
 
14. (12.34) Uma vazão mássica de 12 Kg s
-1
 de Cu(NO3)2.6H2O e uma vazão de 15 Kg s
-1
 de 
água, ambas a 25 
o
C, são alimentadas em um tanque onde mistura ocorre. A solução 
resultante atravessa um trocador de calor que ajusta sua temperatura para 25 
o
C. Qual 
a taxa de transferência de calor no trocador? 
Para o Cu(NO3)2, ∆H
o
f298 = -302,9 kJ 
Para o Cu(NO3)2.6H2O, ∆H
o
f298 = -2110,8 kJ 
O calor de solução de 1 mol de Cu(NO3)2 em água a 25 
o
C é de -47,84 kJ, independente 
de ñ para os valores de interesse neste problema. 
 
15. Necessita-se produzir uma solução aquosa de LiCl através da mistura de LiCl.2H2O(s) 
com água. A mistura ocorre adiabáticamente e sem mudança de temperatura, a 25 
o
C. 
Determine a fração molar de LiCl na solução final. 
 
16. Um evaporador de simples efeito concentra uma solução aquosa 20 % de H2SO4 até 70 
%. A taxa de alimentação é de 25 lb s
-1
, e a temperatura da alimentação é de 80 
o
F. O 
evaporador é mantido a uma pressão absoluta de 1,5 psia, na qual o ponto de ebulição 
da solução 70 % de H2SO4 é de 217 
o
F. Qual é a taxa de transferência de calor no 
evaporador? 
 
17. Uma massa de 140 lbm de uma solução 15 % em massa de H2SO4 em água, a 160 
o
F, é 
misturada, a pressão atmosférica, com 230 lbm de uma solução 80 % em massa de 
H2SO4 a 100 
o
F. Durante o processo, uma quantidade de calor de 20000 BTU é retirado 
do sistema. Determine a temperatura da solução produzida. 
 
18. Um tanque isolado, aberto, para a atmosfera, contem 1500 lbm de ácido sulfúrico 40 
% em massa a 60 
o
F. Ele é aquecido até 180 
o
C pela injeção de vapor saturado vivo a 1 
atm, que se condensa totalmente no processo. Qual é a quantidade de vapor 
necessária, e qual é a concentração final do H2SO4 no tanque?