Lista Cap. 3 Exercícios Termodinâmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
	
TERMODINÂMICA FUNDAMENTAL I
Professora: Veruscka Araújo 
PROBLEMAS 
CAPITULO 3
3.1. Expresse a expansividade volumétrica eu compressibilidade isotérmica como funções da densidade p e de suas derivadas parciais. Para a água u 50°C e 1 bar. K = 44,18 X 10-6 bar-1. Até qual pressão a água deve ser comprimida, a 50°C. para variar a sua densidade em 1%? Admita que K seja independente de P.
3.2. Geralmente, a expansividade volumétrica ( e a compressibilidade isotérmica K dependem de Te P. Prove que:
3.4. Para a água líquida, a compressibilidade isotérmica é dada por:
onde c e b são funções somente da temperatura. Se 1 kg de água for comprimido isotermicamente e reversivelmente de 1 a 500 bar, a 60°C, que quantidade de trabalho será necessária? A 60ºC, b = 2.700 bar
e c = 0,125 cm3 g-1.
3.8. Um mol de um gás ideal, com Cp = (7/2)R e Cv = (5/2)R, sofre uma expansão de P1 = 8 bar e T1 = 600 K para P1 = 1bar, através das seguintes trajetórias:
(a) Volume constante; (b) Temperatura constante; (c) Adiabaticamente.
Admitindo reversibilidade mecânica, calcule W, Q, ∆U e ∆H para cada processo. Esboce cada trajetória em um único diagrama PV.
3.9. Um gás ideal, inicialmente a 600 K e 10 bar, passa por um ciclo de quatro etapas, mecanicamente reversível e em um sistema fechado. Na etapa 12, a pressão diminui isotermicamente para 3 bar; na etapa 23, a pressão diminui a volume constante para 2 bar; na etapa 34, o volume diminui a pressão constante; e na etapa 41, o gás retoma adiabaticamente ao seu estado inicial. Considere Cp = (7/2)R e Cv = (5/2)R.
(a) Esboce o ciclo em um diagrama PV.
(b) Determine (onde forem desconhecidos) os valores de P e T para os estados 1, 2, 3, e 4.
(c) Calcule Q, W, ∆U e ∆H para cada etapa do ciclo.
3.17. Um tanque rígido não-condutor, com um volume de 4 m3,é dividido em duas partes desiguais por uma membrana delgada. Um lado da membrana, representando 1/3 do volume do tanque, contém nitrogênio gasoso a 6 bar e 100°C. No outro lado. 2/3 do volume do tanque, há vácuo. A membrana rompe e o gás preenche todo o tanque.
3.20. Um mol de ar, inicialmente a 150°C e 8 bar, sofre as seguintes modificações mecanicamente reversíveis. Ele expande isotermicamente até uma pressão tal que, quando é resfriado a volume constante até 50°C, sua pressão final é de 3 bar. Admitindo o ar como um gás ideal com Cp = (7/2)R e Cv =: (5/2)R, calcule W, Q, (U e (H.
3.23. Um mol de um gás ideal, inicialmente a 30°C e 1 bar, passa pelas seguintes mudanças mecanicamente reversíveis: Ele é comprimido isotermicamente até o ponto no qual, quando é aquecido a volume constante
até 120°C, a sua pressão final é de 12 bar. Calcule Q, W, ∆U e ∆H para o processo. Considere Cp =(7/2)R e Cy = (5I2)R.
3.25. Um procedimento para determinar o volume interno VB’, de um cilindro de gás é constituído pelas seguintes etapas. Um gás é colocado no cilindro até atingir uma pressão baixa igual a P1, e o cilindro é conectado, através de um pequeno tubo com uma válvula, a um tanque de referência com volume conhecido VA’, onde há vácuo. A válvula é aberta, e o gás escoa através do tubo para o tanque de referência. Após o sistema retomar à sua temperatura inicial, um transdutor de pressão sensível fornece um valor para a variação de pressão ∆P no cilindro. Determine o volume do cilindro VB’ a partir dos seguintes dados:
• VA ‘ = 256 cm3
• ∆P/P1 = - 0,0639.
3.34. Calcule Z e V para o hexaf1uoreto de enxofre a 75°C e 15 bar, com as seguintes equações:
(a) A equação do tipo virial truncada [Eq. (3.40)], com os seguintes valores experimentais dos coeficientes do tipo virial: 
B = -194 cm3 mol-1 C = 15.300 cm6 mol-2
(b) A equação do tipo virial truncada [Eq. (3.38)], com um valor de B obtido com a correlação de Pitzer generalizada [(Eq. (3.63)].
3.35. Calcule Z e V para o vapor d'água a 250°C e 1.800 kPa, das seguintes formas:
(a) Com a equação do tipo virial truncada [Eq. (3.40)], com os seguintes valores experimentais dos coeficientes do tipo viria!:
B = -152,5 cm3 mol-1 C = -5.800 cm6 mol-2
(b) Com a equação do tipo virial truncada [Eq. (3.38)], com um valor de R obtido com a correlação de Pitzer generalizada [(Eq. (3.63)].
(c) Na tabela de vapor (Apêndice F).
3.41. Estime o solicitado a seguir:
(a) O volume ocupado por 18 kg de etileno a 55°C e 35 bar.
(b) A massa de etileno contida em um cilindro de 0,25 m3 a 50°C e 115 bar.
3.42. O volume molar da fase vapor de um composto particular é reportado como igual a 23.000 cm-3 mol-1 a 300 K e 1 bar. Nenhum outro dado está disponível. Sem considerar comportamento de gás ideal, forneça uma estimativa razoável para o volume molar do vapor a 300 K e 5 bar.
3.43. Com uma boa aproximação, qual é o volume molar do vapor de etanol a 480°C e 6.000 k.Pa? Compare esse resultado com o valor obtido considerando comportamento de gás ideal.
3.44. Um vaso com 0,35 m3 é utilizado para armazenar propano líquido na sua pressão de vapor. Considerações de segurança ditam que, na temperatura de 320 K, o líquido deve ocupar não mais do que 80% do volume total do vaso. Nessas condições, determine a massa de vapor e a massa de líquido no interior do vaso. A 320 K, a pressão de vapor do propano é de 16,0 bar.
3.45. Um tanque com 30 m3 contém 14 m3 de n-butano líquido em equilíbrio com o seu vapor a 25°C. Estime a massa de vapor de n-butano no tanque. A pressão de vapor do n-butano na temperatura fornecida é de 2,43 bar.
3.52. O volume específico do isobutano líquido a 300 K e 4 bar é igual a 1,824 cm3g-1. Estime o volume específico a 415 K e 75 bar.
3.55. Estime a variação de volume na vaporização da amônia a 20°C. Nesta temperatura, a pressão de vapor da amônia é de 857 kPa.
3.58. Se 140(ft)3 de metano gasoso, a 60(ºF) e 1(atm), são equivalentes a 1(gal) de gasolina como combustível para um motor de automóvel, qual deveria ser o volume do tanque necessário para armazenar, a 3.000(psia) e 60(ºF), uma quantidade de metano equivalente a 1 (gal) de gasolina?
3.65. Um gás ideal, inicialmente a 25°C e 1 bar, passa pelo seguinte processo cíclico em um sistema fechado:
(a) Em processos mecanicamente reversíveis, ele é primeiramente comprimido adiabaticamente para 5 bar, então é resfriado a pressão constante de 5 bar para 25°C, e finalmente expandido isotermicamente para a sua pressão original.
(b) O ciclo é Irreversível e cada etapa tem uma eficiência de 80% comparada com o processo mecanicamente reversível correspondente. O ciclo consiste ainda em uma etapa de compressão adiabática. Uma etapa de resfriamento isobárico, e uma etapa de expansão isotérmica.
Calcule Q, W, ∆U e ∆H para cada etapa do processo e para o ciclo. Considere Cp = (7/2)R e Cv = (5/2)R.
3.73. É feito um pedido para estocagem de 35.000 kg de propano, recebido como gás a 10°C e 1(atm). Duas propostas foram feitas:
(a) Estocar o propano como gás a 10°C e 1(atm).
(b) Estocar o propano como um líquido em equilíbrio como seu vapor a 10°C e 6,294(atm). Para essa forma de estocagem, 90% do volume do tanque são ocupados pelo líquido.
Compare as duas propostas, discutindo prós e contras de cada uma. Seja quantitativo, quando possível.