2ª Lista de Exercícios Suplementares Termo

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS 
Prof. Gustavo Araújo Teixeira 
_____________________________________________________________________________________ 
 
2ª LISTA DE EXERCÍCIOS SUPLEMENTARES DE TERMODINÂMICA 
 
1) Se 250 ft3/s de ar, a 122 °F e aproximadamente a pressão atmosférica, são pré-aquecidos até 
932 °F para um processo de combustão, qual é a taxa de transferência de calor necessária? 
2) Qual é a quantidade de calor transferida em um trocador de calor em regime estacionário, 
aproximadamente à pressão atmosférica, nos seguintes casos: 
a) Quando 10 mol de SO2 são aquecidos de 200 para 1100°C? 
b) Quando 12 mol de propano são aquecidos de 250 a 1200°C? 
3) Combustíveis formados por hidrocarbonetos podem ser produzidos a partir do metanol por 
reação, como a apresentada a seguir, que produz 1-hexeno: 
6CH3OH(g)→C6H12(g)+6H2O(g) 
Compare o calor de combustão padrão, a 25°C, de 6CH3OH(g) com o calor de combustão 
padrão, a 25°C do C6H12(g). Em ambos os casos os produtos da reação são dióxido de 
carbono e água. 
4) Etileno gasoso e vapor de água, a 320°C e na pressão atmosférica, são alimentados em um 
reator de um processo químico como uma mistura equimolar. O processo produz etanol 
pela reação: 
C2H4(g)+H2O(g) →C2H5OH(l) 
O etanol sai do processo a 25°C. Qual é a transferência de calor associado ao processo 
global por mol de etanol produzido? 
5) Hidrogênio é produzido segundo a reação: CO(g)+H2O(g) →CO2(g)+H2(g). A corrente 
alimentada no reator é uma mistura equimolar de monóxido de carbono e vapor de água, 
que entra no reator à 125°C e na pressão atmosférica. Se 60% da água são convertidos em 
hidrogênio e se a corrente de produto deixa o reator a 425°C, qual a quantidade de calor que 
deve ser retirada do reator? 
6) Um combustível constituído por 75% de metano e 25% de etano, em base molar, entra em 
uma fornalha acompanhado de ar com excesso de 80%, a 30°C. Se 8×105 kJ por kmol de 
combustível são transferidos como calor para os tubos da caldeira, a que temperatura os 
gases de combustão deixam a fornalha? Considere a combustão completa do combustível. 
7) Uma certa planta geradora de potência opera com um reservatório fonte de calor a 350°C e 
um reservatório sumidouro de calor a 30°C. Ela possui uma eficiência térmica igual a 55% 
da eficiência de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 
a) Qual é a eficiência térmica da planta? 
b) Até qual valor deve a temperatura do reservatório ser elevada para aumentar a 
eficiência térmica da planta para 35%? Novamente, η é 55% do valor da máquina de 
Carnot. 
8) Um gás ideal, Cp=(7/2)R, é aquecido em um trocador de calor, operando em um regime 
estacionário, de 70°C até 190°C por outra corrente do mesmo gás ideal, que entra a 320°C. 
As vazões das duas correntes são iguais e as perdas térmica no trocador, desprezíveis. 
a) Calcule as variações de entropia para as duas correntes gasosas. 
b) Em cada caso, qual é o ΔS total? 
c) Repita as partes a e b com a corrente quente entrando a 200°C. 
9) Para um gás ideal com capacidades caloríficas constantes, mostre que: 
a) Para uma variação de temperatura de T1 para T2, ΔS do gás é maior quando a variação 
ocorre a pressão constante do que quando ela ocorre a volume constante. 
b) Para uma variação de pressão de P1 para P2, o sinal de ΔS para uma variação 
isotérmica é oposto ao sinal em uma variação a volume constante. 
10) Uma máquina de Carnot opera entre dois níveis de temperatura de 600K e 300K. Ela aciona 
um refrigerador de Carnot, que fornece resfriamento a 250K e descarta calor a 300K. 
Determine o valor numérico para a razão entre o calor extraído do refrigerador e o calor 
cedido para a máquina. 
11) Um mol de gás é comprimido isotermicamente a 130°C, porém irreversivelmente, de 2,5 
bar a 6,5 bar em um dispositivo embolo/pistão. O trabalho necessário é 30% maior do que o 
trabalho da compressão isotérmica reversível. O calor retirado do gás durante a compressão 
escoa para um reservatório de calor a 25°C. Calcule a variação das entropias do gás e do 
reservatório de calor, e o ΔS total. 
12) Para um processo com escoamento, em regime estacionário, e a uma pressão 
aproximadamente igual à atmosférica, qual é a variação de entropia do gás quando 12 mol 
de propano são aquecidos de 250 para 1200°C. 
13) Um inventor projetou um complicado processo sem escoamento, no qual 1 mol de ar é o 
fluido de trabalho. Afirma-se que os efeitos líquidos do processo são: #1- Uma mudança de 
estado do ar de 250°C e 3 bar para 80°C e 1 bar. #2- A produção de 1800 J de trabalho. #3- 
A transferência de uma quantidade de calor, em aberto, para o reservatório de calor a 30°C. 
Determine se o processo é consistente com a 2° lei (ΔS). Suponha gás ideal com 
Cp=(7/2)R. 
14) Qual a quantidade de calor necessária quando 10.000 kg de CaCO3 são aquecidos, à pressão 
atmosférica, de 50 a 880°C? 
15) Exercício 5.9 do livro SVNA. 
 
 
Bons estudos!