Lista 1 - Termodinâmica 2021-2

Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola de Química -Departamento de Engenharia Química Disciplina: Termodinâmica Aplicada Fred/Papa 1a Lista de Exercícios Exercício 1 1 mol de monóxido de carbono a 2,758 MPa e 700 K (estado 1) sofre um processo de expansão isotérmica até 0,552 MPa (estado 2), seguido de um resfriamento a volume constante até 437.5 K (estado 3) e de um resfriamento a pressão constante até 350 K (estado 4) e finalmente sofrem uma compressão adiabática até 2,758 MPa (estado 5) e é aquecido a pressão constante até 700 K. Admitindo o processo como reversível e que o monóxido de carbono se comporte como um gás ideal com capacidade calorífica a pressão constante igual a 29,3 J/mol. a) Calcular o calor, o trabalho, as variações da entalpia e da energia interna em cada etapa. b) Calcular a variação total da energia interna da entalpia durante o processo. c) Representar o Processo no plano P versus V com as diferentes isotermas. Exercício 2 Ar é comprimido de uma condição inicial (1 bar e 25 oC) ate um estado final ( 5 bar e 25 oC) usando 3 caminhos mecanicamente reversíveis a) Aquecimento a volume constante seguido de resfriamento a presão constante b) Compressão isotérmica c) Compressão adiabática seguida de resfriamento a volume constante Calcular o calor, o trabalho assim como as variações da entalpia e da energia interna. Exercício 3 Um cilindro que contém 1 kg amônia, é provido de um êmbolo submetido a uma força externa variável. No estado inicial a amônia está a 2 MPa e 180 oC. O cilindro é resfriado e a força externa varia de tal maneira que , quando a amônia atinge a região bifásica, a temperatura é igual a 40 oC. O processo continua até que amônia seja resfriada até 20 oC e apresente título igual a 50 %. Calcule o trabalho envolvido, admitindo que a relação entre P e V é linear por partes. Exercício 4 Determine as propriedades que faltam (P, T, v, u e o título) e indique a posição dos 3 estados nos diagrama T vs v a) H2O P= 5 MPa, u = 1000 kJ/kg, b) R-134a T = 20 oC, u = 300kJ/kg c) N2 T = 250 K, P = 200 kPa Exercício 5 Determine as propriedades indicadas e a fase da substância a) H2O T= 120 oC, v = 0,5 m3/kg u = ?, P = ?, x = ? b) H2O T= 100 oC, P = 10 MPa u = ?, x = ?, v = ? c) N2 T = 200 K, P = 200 kPa u = ?, v = ? d) NH3 T = 100 oC, v = 0,1 m3/kg P = ?, x = ? e) N2 T = 100 K, x = 0,75 u = ?, v = ? Exercício 6 Inicialmente a água de uma amostra se encontra como líquido saturado a 20 oC. A água é então comprimida, em processos isotérmicos, até que a pressão atinja a) 500 kPa b) 2 Mpa c) 20 Mpa Determine as variações de u, h em cada um destes processos. Exercício 7 Um tanque rígido está divido em duas regiões por meio de uma membrana, como mostrado na Figura abaixo. A região A apresenta VA = 1 m3 e contém água a 200 kPa e com v = 0,5 m3/kg . A região B contém 3,5 kg de água a 400 oC e 0, 5 MPa. A membrana, é então, rompida e espera-se que seja estabelecido. Sabendo que a temperatura final é 100 oC, determine o calor transferido durante o processo. Exercício 8 Um conjunto cilindro pistão contém 0,1 kg de ar. Inicialmente, a pressão e a temperatura do ar são iguais a 100 kPa e 300 K. O ar é então comprimido lenta e isotermicamente, até que a pressão atinja 250 kPa.. Admite-se que o ar tem um comportamento ideal. a) Represente o processo no plano P vs v. b) Determine o trabalho realizado e o calor transferido neste processo. Exercício 9 Um conjunto cilindro pistão contém 1,5 kg de ar. Inicialmente a temperatura e a pressão no ar são iguais a 300 K e 150 kPa. O ar é então aquecido em dois processos sucessivos. O primeiro processo ocorre a volume constante e a temperatura é elevada até atingir 1000 K. Já o segundo processo ocorre a pressão constante e termina quando a temperatura do ar se tornar igual a 1500 K. Determine o volume do ar no estado final do segundo processo e o trabalho realizado nos dois processos. A B