Termodinâmica - Estudo Dirigido 2

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ESCOLA ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL MINAS GERAIS 
DEPARTAMENTO ENGENHARIA QUÍMICA 
TERMODINÂMICA FÍSICA 
ESTUDO DIRIGIDO 02 
Assunto: 1a Lei TD: 
1] Um recipiente fechado de 3 m3 contém 0,05 m3 de água líquida saturada e 2, 95 m3 de
vapor saturado a 1 kgf/cm2. É transferido calor até que o recipiente fique cheio de vapor
saturado. Determinar o calor transferido nesse processo. Q = ____________kJ
2] A energia interna total (Ut) de uma certa quantidade de gás é dada pela equação Ut =
0,01PVt, onde P é kPa, Vt em m3. O gás sofre um processo mecanicamente reversível
partindo de P = 10000 kPa e T = 280 K. Durante o processo Vt é constante e igual a 0,3
m3, e a pressão aumenta 50%. Determine os valores de Q e ΔHt em kJ para o processo.
Q = ________________kJ; ΔHt = _______________kJ 
3] 
! P = _______________kPa 
4] A pressure cooker contains 1.5 kg of saturated steam at 5 bar. Find the quantity of heat
which must be rejected so as to reduce the quality to 60%. Determine the pressure and
temperature of the steam at the new state.
P =________________kPa
T = _______________ºC
Q = _______________kJ
5] Propano em um conjunto cilindro-pistão é submetido a um processo a pressão
constante de vapor saturado a 400 kPa até a condição onde tem-se 50% de vapor
saturado. Despreze os efeitos das energias cinética e potencial. Considere que o 
comportamento do propano seja de um gás ideal, e que ele seja um gás real (tabela de 
vapor). 
a) Mostre o processo um um diagrama p-v,
b) Determine o trabalho real e o ideal : Wid = _____________J/g; Wreal = _________J/g
c) Determine a quantidade de calor real e ideal :Qid = _________J/g; Qreal =________J/g
d) Determine o valor de ΔHid e ΔHreal; ΔHid =___________J/g; ΔHreal ___________J/g
6] 
!
a) V = _________________m3/kg
b) T = _________________ºC
c) V = __________________m3/kg
Dados para o Propano. 
!
A = 9,1058 B = 1872,46 C = -25,16 : T à K e P à bar 
CT
BAPsatLn
+
−=)(
1. 𝑃0 = 98066,5 𝑃𝑎
vliq = 1,0431 cm
3/g
mliq = 47,9347 kg
vvap = 1725,1063 cm
3/g
mvap = 1,7100 kg 
msistema = 49,6447 kg 
vvapfinal = 60,4294 cm
3/g
Q = ∆U = Uf − U0 
U0 = (47,9347 kg × 415,0692 kJ kg
−1 + 1,7100 kg × 2505,4030 kJ kg−1)
U0 = 24180,5516 kJ 
Uf = 49,6447 kg × 2602.5 kJ kg
−1 = 129200,4159 kJ
Q = 105019,8644 kJ 
2. Vt = cte, W = 0
Q = ∆U
U0 = 0,01 × 10000 kPa × 0,3 m
3 = 30 kJ
Uf = 0,01 × 15000 kPa × 0,3 m
3 = 45 kJ
Q = 15 kJ 
H = U + PV 
H0 = 30 kJ + 10000 kJ × 0,3 m
3 = 3030 kJ
Hf = 45kJ + 15000 kPa × 0,3 m
3 = 4545 kJ
∆H = 1515 kJ 
3. P = Patm + Ppistão
P = 100 × 103 Pa +
101 kg × 9,8 m s−2
0,01m2
= 198980 Pa = 198,980 kPa 
4. x0 = 1
xf = 0,6
V = 1,5 kg × 374,7313
cm3
g
= 562096,9325 cm3 
U0 = 1,5 kg × 2560,1644 kJ kg
−1 = 3840,2466 kJ
{
mvapor + mlíquido = 1,5 kg
mvapor × vvapor + mlíquido × vlíquido = 562096,9325 cm
3
Desprezando o volume do líquido, que não deve exceder 700 cm3: 
vvapor = 624,5522
cm3
g
Pf = 290,4650 kPa 
Tf = 132,4335 °C 
Uf = 0,9 kg × 2541,8335 kJ kg
−1 + 0,6 kg × 556,3606 kJ kg−1 = 2621 kJ
∆𝑈 = −1218,7780 kJ 
5. Real:
𝑥0 = 1
𝑥𝑓 = 0,5
v0 = 0,1137
m3
kg
vf = 0,1137
m3
kg
 × 0,5 + 0,001865
m3
kg
× 0,5 = 0,0577825
m3
kg
W = P∆V = −22,367
kJ
kg
= −22,367
J
g
∆U = Uf − U0 
U0 = 418
kJ
kg
Uf = 0,5 × 418
kJ
kg
+ 0,5 × 80,8
kJ
kg
= 249,4
kJ
kg
∆U = −168,6
kJ
kg
∆U = Q − W 
Q = −190,967
kJ
kg
H0 = 463,5
kJ
kg
Hf = 0,5 × 463,5
kJ
kg
+ 0,5 × 81,5
kJ
kg
= 272,5
kJ
kg
∆H = −191
kJ
kg
Ideal: NÃO É POSSÍVEL CALCULAR 
6. 
a. 0,1879 m3/kg
b. 260 °C
c. 0,15567 m3/kg