Lista02 1° Lei Termodinâmica

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Lista 02 de Exercício de Termodinâmica 
Balanço de Massa 
 
1. Lodos crus primários em uma concentração de sólidos de 4% são misturados com os lodos 
ativados residuais em uma concentração de sólidos de 0,5%.As vazões são respectivamente, 
20 e 24 gal/min. Qual é a concentração resultante de sólidos. Essa mistura é, em seguida, 
espessada para uma concentração de sólidos de 8% Quais são as quantidades produzidas de 
lodos espessados e de sobrenadante (água)? Suponha uma captura de sólidos perfeita no 
adensador. 
2. Um tanque de retenção está instalado num processo de tratamento de efluentes aquoso 
para atenuar flutuações da concentração na corrente do efluente. Normalmente a 
alimentação de efluente para o tanque não contem mais do que 100ppm de acetona. A 
concentração máxima admissível de acetona na descarga de efluente está fixada em 200ppm. 
A capacidade útil do tanque é 500m3 (500000kg) e pode considerar-se que ele está 
perfeitamente misturado. A vazão de efluente é 45000kg/h. Se a concentração da acetona 
na alimentação subir bruscamente para 1000 ppm, devido a um derrame na instalação de 
processamento e permanecer a esse nível durante meia hora, será excedido o limite de 200 
ppm na descarga do efluente?. Resp.:C = 139,6 ppm 
3. Um sistema de secagem de lodos funciona com uma taxa de alimentação de 200 kg/h e 
aceita um lodo com o teor de sólidos de 45%. O lodo seco é composto de 95% de sólidos, e o 
efluente líquido contem 8% de sólidos. Qual é a quantidade de lodos secos e a vazão de 
líquidos e sólidos no efluente líquido? 
4. Um separador aceita óleos residuais com 70% de óleo e 30% de água por peso. O 
sobrenadante é puro óleo, enquanto o efluente do fundo do separador contem 10% de áleo. 
Se uma vazão de 20gal/min é alimentada para o tanque, quanto de óleo é recuperado 
5. Um rio com vazão de 3mgd e concentração de sólidos suspensos de 20mg/L recebe águas 
residuarias de três fontes distintas: 
 
Fonte Quantidadde (mgd) Conc. de sólidos (mg/L) 
A 2 200 
B 6 50 
C 1 200 
 
Qual é a vazão é a concentração de sólidos suspensos a jusante no ponto de amostragem? 
6. Uma vazaão industrial de 12L/min tem uma concentração de sólidos de 80mg/L. Um 
processo de remoção de sólidos extrai 960 mg/min de sólidos, sem afetar a vazão de líquidos. 
Qual é a recuperação (em porcentagem)? 
7. Duas cidades localizadas uma em frente à outra, operando estações de tratamento de 
águas residuárias situadas ao longo de um rio. A vazão do rio é de 50 milhões de galões por 
dia (50MGD). São usadas contagens de coliformes como medida para determinar a habilidade 
de uma água de transmitir de doenças para humanos. A contagem de coliforme no rio a 
montante das duas estações de tratamento é de 3 coliformes/100mL. A cidade 1 lança 3MGD 
de água residuária com uma contagem de coliformes de 50 coliformes/100mL, e a cidade 2 
lança 10MGD com uma contagem de coliforme de 20 coliforme/100mL. Suponha que o estado 
exija que a contagem de coliforme a jusante não exceda 5 coliformes/100mL. (a) O padrão 
de qualidade da água estadual está sendo atingido a jusante? (Suponha que os coliformes não 
tenham morrido quanto forem medidos a jusante) (b) O padrão estadual a jusante não foi 
atingido, o estado informou a cidade 1 que ela deveria tratar melhor seu esgoto para que o 
padrão a jusante seja alcançado.Use um enfoque de balanço de massa para mostrar que a 
exigência do estado é impraticável. 
8. No inverno, um curso de água escoa a 10m3/s e recebe descarga de uma tubulação que 
contém água de drenagem urbana. A tubulação tem uma vazão de 5m3/s. A concentração de 
cloreto do curso de água exatamente a montante da descarga da tubulação é de 12mg/L e a 
descarga da tubulação de drenagem tem uma concentração de 40mg/L. O cloreto é uma 
substância conservativa. (a) O uso de sal na rua no inverno eleva a concentração, a jusante, 
acima de 20mg/L? (b) Qual é a massa máxima de cloreto diária que poder descarregada 
através da tubulação de água de escoamento para não se ultrapasse o padrão de qualidade da 
água 
9. A vazão total de uma estação de tratamento de água é de 600m3/dia. Dois tanque de 
aeração biológica são usados para remover DBO (demanda biológica d oxigênio) da água 
residuária e são operado em paralelo. Cada um tem um volume de 25.000L. Em horas, qual é 
o periodo de aeração de cada tanque? 
10. A figura abaixo ilustra um tanque cilíndrico sendo esvaziado através de um duto cuja 
área da seção transversal é de 310-4m2. A velocidade da água na saída varia de acordo com 
(2gz)1/2, onde z corresponde ao nível da água em m e g é acaleração da gravidade, dada por 
9,81m/s2. O tanque inicialmente contém 2500 kg de água líquida, dtermine o tempo em min 
em que o tanque contém 900kg de água. Resp.: 15,86min 
 
11. Um fabricante de espetinho de carne produz uma vazão de água residuarias de 
2000m3/dia contendo 120000mg/L de sal. Ele está descarregando em um rio com uma vazão 
de 34000m3/dia e concentração de 50mg/L de sal. A agência reguladora informou à empresa 
que esta deve manter um nível de sal que não seja superior a 250mg/L a jusante da descarga. 
Que recuperação de sal deve ser realizada na fabrica antes que o resíduo seja descarregado? 
12. Uma estação de tratamento de água produz uma água destilada de salinidade zero. Para 
reduzir o custo de tratamento da água e do abastecimento, a cidade mistura essa água 
dessalinizada com águas subterrâneas não tratada, que têm salinidade de 500 mg/L. Se a 
salinidade da agua potável pretendida não pode ser superior a 200mg/L, qual é a quantidade 
necessaria de cada água-destilada e não tratada-para produzir uma vazão da água final de 
100 milhões da galões por dia 
 
Trabalho, Calor e 1ª Lei 
13. Um pistão de 200 mm de diâmetro é baixado aumentando-se a de 100kPa para 800kPa 
de maneira que a relação p×V2 = const. Qual será o trabalho realizado no sistema se V1 = 0,1 
m3? 
14. Calcule o trabalho se o ar expande-se de 0,2m3 para 0,8m3 enquanto p = 0,2 + 0,4V kPa 
15. Um gás contido num conjunto cilindro pistão passa por dois processos, A e B, com os 
mesmos estados extremos, 1 e 2, onde p1=10 bar, V1=0,1 m3, U1=400 kJ e p2=1 bar, V2=1,0m3, 
U2=200kJ 
Processo A: processo de 1 até 2, durante o qual a relação pressão-volume é dada por 
pV=const. 
Processo B: processo a volume constante do estado 1 a uma pressão de 2bar, seguido por um 
processo pressão-volume linear até o estado 2 
Os efeitos das energias cinéticas e potencial podem ser desprezadas. Para cada um dos 
processos, dados A e B: 
a) trace o diagrama p-V do processo 
b) calcule o trabalho, em kJ 
c) calcule a transferência de calor, em kJ 
 
16. Um sistema realiza um ciclo que consiste em quatro processos. Alguns valores de 
transferência de energia e de variação de energia são dados pela tabela. Complete com os 
valores que estão faltando. Todas as unidades estão kJ 
 
Processos 
Q W U 
12 -200 a 0 
23 800 b c 
34 D 600 400 
41 
 
0 e -1200 
17. Uma central termoelétrica a carvão tem uma eficiência de 35% e produz uma potência 
líquida de 500MW de eletricidade. Sabendo que o carvão libera 25000kJ/kg na sua queima. 
Pede-se: 
a) Qual é o consumo de carvão por hora? 
b) Esquematize a central termoelétrica 
c) Qual principal impacto ambiental dessa central termoelétrica? 
18. Quantos quilos de carvão devem ser queimados para manter uma lâmpada de 100 watts 
acesa durante uma hora?Suponha que a eficiência da usina elétrica seja de 35%, as perdas 
de transmissão representam 10% da energia gerada e o valor de aquecimento do carvão é 
12000BTU/lb 
19. Em uma usina hidroeletrica, 65m3/s de água escoam de uma altura h = 90m para uma 
turbina onde potencia elétrica é gerada. A efeiciência global do conjunto gerador-turbina é 
de 84%. Desprezando as perdas por atrito na tubulação, estime a potência elétrica produzida 
por essa usina. 
 
20 A água em um sistemade tratamento biologico de água residuaria deverá ser aquecida de 
15°C to 40°C para manter atividade dos microorganismo. Se o fluxo de entrada da água 
residuária para o processo é 30m3/d. Que a taxa de calor deve ser adicionado a água 
residuária fluindo no sistema? Assumir mistura completa no sistema e que não existe perda 
de calor. Resp.: 3,14GJ/dia 
 
Van Ness 
 
Cap. 02 Pq. 41 
 
2.1; 2.3-2.5; 2.11-2.18; 2.22-2.23; 25-26; 28-29; 2.32