Termodinamica-Geral-UFRPE-2a-VA-Resolucao-Exercicios

UFRPE UACSA Termodinâmica Geral 2 20251 24 072025 2a VA 2 horas Nome Curso 1 A análise de uma mistura gasosa leva aos seguintes resultados Componente H2 CO CO2 N2 Mistura Fração mássica ci 005 025 030 040 1 A mistura ocupa um volume de 2L à pressão de 100 kPa e temperatura de 25 C a Determine as frações molares e a massa total da mistura b Determine o calor específico a pressão constante CP0 c Calcule o calor que deve ser transferido para aquecer essa mistura até 100 C mantendo a pressão constante 2 Gas propano é queimado com ar estequiométrico a P0 100 kPa T0 298 K Os produtos da combustão resfriam e saem da câmara de combustão a 450 K a Determine o ponto de orvalho dos produtos b Qual massa de água para 1 kg de combustível estará na fase líquida se a mistura dos produtos for resfriada para 34 ºC 3 Calcule a constante de equilíbrio expressa como lnK para O2 2O a 4000 K Compare com o valor dado na Tabela A11 4 Suponha que moléculas de polietileno em solução possam existir em duas conformações uma em espiral e uma linear tendo está última uma energia 24 kJ mol1 maior que a primeira Qual é a razão das duas conformações a 50C Tabelas A5 A9 A11 B11 Constante de Boltzmann kB 138 1023 JK1 Constante dos gases universal R831JK 1mol 1 RT Energiamol k BT Energiapartícula A análise de uma mistura gasosa leva aos seguintes resultados Componente H2 CO CO2 N2 Mistura Fração mássica ci 005 025 030 040 1 A mistura ocupa um volume de 2L à pressão de 100 kPa e temperatura de 25 C a Determine as frações molares e a massa total da mistura b Determine o calor específico a pressão constante Cp0 c Calcule o calor que deve ser transferido para aquecer essa mistura até 100 C mantendo a pressão constante Componente H2 CO CO2 N2 MISTURA ci 00500 02500 03000 04000 10000 Mi kgkmol 2016 2801 4401 28013 182406 ciMi kmolkg 00248 00089 00068 00143 00548 yi 04524 01628 01243 02605 10000 Ri kJkgK 41243 02968 01889 02968 04558 Cv0 kJkgK 100850 07440 06530 07450 11842 Cp0 kJkgK 142090 10410 08420 10420 16401 yi niΣnj miMiΣmjMj mimMiΣmjmMj ciMiΣcjMj ver Tabela Mmis Σ yi Mi 182406 kgkmol ver Tabela Rmis Σ ci Ri 04558 kJkgK ver Tabela PV mmis Rmis T mmis PVRmis T 100 kPa 2x103 m304558 kJkmol1K1 298 K 14724 x 103 kg 14724g mmis Gas propano é queimado com ar estequiométrico a P0 100 kPa T0 298 K Os produtos da combustão resfriam e saem da câmara de combustão a 450 K a Determine o ponto de orvalho dos produtos b Qual massa de água para 1 kg de combustível estará na fase líquida se a mistura dos produtos for resfriada para 34 C C3H8 a O2 376 N2 b CO2 c H2O d N2 C 3 b b 3 H 8 2c c 4 O 2a 2b c a 5 N2 376 a d d 188 C3H8 5 O2 376 N2 3 CO2 4 H2O 188 N2 a Pressão parcial de vapor de água nos produtos a 450 K PH20 yH20 P yH20 4 34188 4 258 0155 PH20 0155 x 100 kPa 155 kPa Tabela B1 Tsat 155 kPa 546 C temperatura de orvalho dos produtos b Resfriamento dos produtos até 34 C Toro A partir de T 546 C a água começa a passar da fase vapor à fase líquida Em Tf 34C a pressão de saturação da água é Pf 535 kPa a pressão parcial de vapor de água nos produtos agora é yFH20 Pf P 535 kPa 100 kPa 00535 yFH20 mFH20 mCO2 mFH20 nN2 mFH20 1 yFH20 yFH20 nCO2 nN2 mFH20 00535 1 00535 x 3 188 123 kmol H2Okmol combust inicialmente antes de resfriar tinha nH20 4 kmol H2O kmol combustion então foram condensadas 4 123 277 kmol H2O kmol combustion ou seja 277 kmol H2O kmol C3H8 x 1 M C3H8 x M H2O M C3H8 44094 kgkmol M H2O 18015 kgkmol 277 kmol H2O kmol C3H8 x 18015 kg H2O kmol H2O 44094 kg C3H8 kmol C3H8 113 kg H2O kg C3H8 3 Calcule a constante de equilíbrio expressa como lnK para O2 2O a 4000 K Compare com o valor dado na Tabela A11 constante de equilíbrio K tal que ΔGº RT ln k com ΔGº ΔHº T ΔSº ΔHº 2 ĪFº ī 1000k 0 1 ĪF 20 Δ ī1000k O2 2 x 249 170 77675 1 x 138 705 514985 kJ kmol ΔSº 2 Sº04000k 1 Sº21000k 2 x 215773 1 x 296161 135385 kJ kmolk ΔGº 514985 kJ kmolO2 4000 K x 135 385 kJ kmolk 265550 kJ kmol ln k ΔGº RT 26555 kJ kmol 83145 kJ kmolk x 4000 k 079845 k e 079845 2222 k Tabela A11 4000 K ln k 0798 4 Suponha que moléculas de polietileno em solução possam existir em duas conformações uma em espiral e uma linear tendo está última uma energia 24 kJ mol1 maior que a primeira Qual é a razão das duas conformações a 50C Eₗᵢₙ Eₑₛₚ linear Eₗᵢₙ Eₑₛₚ 24 kJ mol εₑₛₚ espiral Número de moléculas na conformação espiral nₑₛₚ N₀ e εₑₛₚ kB T linear nₗᵢₙ N₀ e εₗᵢₙ kB T mₑₛₚ mₗᵢₙ e εₑₛₚ kB T e εₗᵢₙ kB T e εₗᵢₙ εₑₛₚ kB T exp 24 x 10³ 138 x 10²³ J k partícula x 6022 x 10²³ partícula mol x T exp 28880 k T T 50C 323 K nₑₛₚ nₗᵢₙ exp 28880 k 323 k 2445 1 041