1ra Lista de Exercícios - (a) Substâncias Puras

Prévia do material em texto

Primeira Lista de Exercícios (primeira parte)
Termodinâmica Química Aplicada I
Prof. Pedro Arce
SUGESTÕES
1. NOS SEGUINTES EXERCÍCIOS, VOCÊS DEVERÃO APLICAR OS
CRITÉRIOS LÓGICOS USADOS NAS AULAS. NO CASO QUE VOCÊS
ACHAREM QUE ALGUM EXERCÍCIO NÃO TEM SOLUÇÃO COM OS
DADOS APRESENTADOS, FORNECER AS EXPLICAÇÕES PARA QUE O
EXERCÍCIO POSSA SER RESOLVIDO.
2. NÃO ESQUECER DE TRABALHAR EM FORMA ORDENADA E USAR
SEMPRE AS UNIDADES.
Propriedades de Substâncias Puras
1. Qual a diferença entre ponto triplo e ponto crítico?. Qual a diferença e
a semelhança de um diagrama PT para o ouro, água e dióxido de
carbono. Fazer uma projeção, com critérios lógicos, do diagrama PT
para cada um desses fluidos ressaltando as fases sólida, líquida e
vapor.
2. Uma pessoa cozinha carne no vapor de uma panela que esta (a)
destampada, (b) coberta com uma tampa leve e (c) coberta com uma
tampa pesada. Em qual caso o tempo de cozimento será menor?.
Discutir sua resposta.
3. A quantidade de calor absorbida quando 1,0 kg de água líquida
saturada ferve a 100°C é igual à quantidade de calor liberada quando
1,0 de vapor de água saturada condensa a 100°C?. Como se chama
essa quantidade de calor transferida ou liberada durante um processo
de ebulição ou condensação?
4. É certo ou falso quando se afirma que é necessária uma quantidade
menor de energia para vaporizar 2,0 kg de água líquida saturada a
100°C do que a 120°C?. Justifique sua resposta numericamente
5. O que é título?. Quando se utiliza?. Qual a relação do título com a
propriedade termodinâmica M? Ele possui algum significado nas
regiões de vapor superaquecido e líquido comprimido? Quais as
unidades do título?
6. Que processo exige mais energia: (a) vaporizar completamente 1,0 de
água liquida saturada à pressão de 1,0 atm ou (b) vaporizar
completamente 1,0 de água líquida saturada à pressão de 10,0 atm?
7. Como varia hLV com a pressão?
8. Pode ser o título ser expresso como a razão entre o volume ocupado
na fase vapor e o volume total ou volume da mistura?. Explique.
9. Na AUSÊNCIA de tabelas termodinâmicas de líquido comprimido,
como se determina o volume específico de um líquido comprimido a
uma determinada P e T?
10. Vapor superaquecido de água é submetido aos seguintes processos:
a) Processo isotérmico, até vapor saturado,
b) Processo isométrico, até condensar parte do vapor, sem atingir o
ponto triplo,
c) Processo isobárico, até ter líquido saturado.
Mostrar os processos num diagrama Tv, Pv, e PT, ressaltando todos os
estados termodinâmicos.
11. O radiador de um sistema de calefação tem um volume de 0,54 m3 e
contem vapor saturado a 0,2 MPa. Depois de fechar a válvula do
radiador e como resultado da transferência de calor às vizinhanças, a
pressão desce até 0,1 MPa. Calcular
a) A massa total do vapor no radiador
b) O volume e massa do líquido no estado final
c) O volume e massa do líquido no estado inicial
12. Um recipiente contem água a 2,0 MPa e título de 12,0%. Determinar a
percentagem do volume ocupado pelo vapor.
13. No nível do mar, uma panela de aço inoxidável com 30,0 cm de
diâmetro deve ferver água em um fogão elétrico de 3 kW. Se 60% do
calor gerado pelo fogão for transferido para a água durante a ebulição,
determine a taxa de evaporação da água.
14. Um tanque de 300,0 m3 contém uma mistura líquido-vapor em
equilíbrio a 1,0 MPa com um título de 70,0 %. Se a temperatura sobe
até 350,0 °C, que massa de vapor poderá ser extraída para que a
pressão não mude.
15. Um tanque rígido de 0,3 m3 contém inicialmente uma mistura
saturada de líquido e vapor de água a 150,0°C. Em seguida, água é
aquecida até atingir o estado crítico. Determine a massa de água
líquida e o volume ocupado pelo líquido no estado inicial.
16. Um tanque rígido de 2,0 m3 contém vapor de água a 250,0°C. Um
terço do volume está na fase líquida e o restante sob a forma de
vapor. Determine (a) a pressão do vapor de água, (b) o título da
mistura saturada e (c) a densidade da mistura.
17. Misturam-se 10,0 kg de água (200,0 °C) com 5,0 kg de líquido saturado
num processo isobárico (1,0 MPa). Determinar o estado
termodinâmico e a entalpia da mistura resultante.
18. Os parâmetros a e b de qualquer EQUAÇÃO CÚBICA DE ESTADO são
determinados a partir das seguintes equações:
onde P = Pc e V = Vc.
Para a EdE Peng-Robinson, demostrar que:
sabendo que a EdE Peng-Robinson obedece à seguinte equação:
  )(
.
bvbbvv
a
bv
TRP 
19. Demonstrar que a EdE Peng-Robinson expressa em termos do fator de
compressibilidade é:
0)32()1( 32223  BBABZBBAZBZ
onde:
20. Complete a tabela abaixo e apresente os critérios para determinar o
estado termodinâmico em cada caso.
Substância P (MPa) T (°C) v (m3/kg) x
Água 300 0,017
Água 0,006 80
Água 7,5 0,0011835
R-22 0,10 -10
R-22 2,4 0,0089
R-22 2,4 32
R-134a -26 1,00
R-134a 2,5 135,0
R-134a 0,5 0,00
Amônia 0,35 -16.15
Amônia 0,6 0,25059
Amônia 0,6 0,10
A aP
R T
 2 2 B
bP
RT

21. Calcular o volume específico de cada fluido para cada modelo
termodinâmico proposto na tabela abaixo:
Nota: No caso do Ar, as suas propriedades críticas deverão ser assumidas serem
as propriedades críticas do nitrogênio.
22. Um arranjo pistão-cilindro contém 0,1 m3 de água líquida e 0,9 m3 de
vapor de água a 800,0 kPa. Calor é transferido a pressão constante até
que a temperatura atinja 350°C. (a) Qual a temperatura inicial da água,
(b) Qual a massa total de água, (c) Qual o volume final e (d) Mostre o
processo num diagrama Pv com relação às linhas de saturação.
23. Um arranjo pistão-cilindro contém 0,8 kg de vapor de água a 300,0°C e
1,0 MPa. O vapor é resfriado a pressão constante até que a metade da
massa condense. (a) Mostre o processo num diagrama Tv, (b) Qual a
temperatura final e (c) Qual a variação de volume.
24. Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente vapor de água a 3,5
MPa, com um superaquecimento de 5°C . O vapor perde calor para a
vizinhança e o pistão desce, atingindo os batentes. Nesse ponto, o
cilindro contém apenas líquido saturado. O resfriamento continua até
que o cilindro contenha água a 200°C. Determinar (a) temperatura
inicial, (b) a pressão final, (c) o título da mistura.
25. O tanque A, mostrado na figura, possui um volume de 0,1 m3 e contém
R-12 a 25,0°C, com as seguintes percentagens no volume: 10,0% para
o líquido e 90,0% para o vapor, enquanto o tanque B está vazio. A
válvula, que conecta aos tanques, é aberta e no final do processo os
tanques atingem um estado uniforme de 25,0°C e 200,0 kPa. Qual o
volume do tanque B.
26. Vapor de água saturado à temperatura de 250,0°C contido dentro de
um arranjo pistão-cilindro ocupa inicialmente um volume de 0,0752
m3. (a) O vapor se esfria num processo isométrico até que sua
temperatura seja de 200,0 °C, quantos kg. de vapor se condensarão
neste processo?, (b) Nesse último estado, a água é sometida a um
processo isotérmico até que seu volume seja de 2,208 m3, qual será a
pressão ao final do processo?. Represente os processos nos diagramas
Pv, PT e Tv.
27. Considere os dois tanques, A e B, e a tubulação com a válvula
mostrada na figura abaixo. Os dois tanques contêm água. O volume do
tanque A é igual a 1 m3 e a água armazenada neste tanque apresenta
pressão igual a 0,2 MPa e v = 0,5 m3/kg. O tanque B contém 3,5 kg de
água a 0,5 MPa e 400 °C. A válvula que liga os tanques é então aberta
e espera-se até que a condição de equilíbrio seja atingida. Determine o
volume específico no estado final do processo.