Termo Clássica

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA Disciplina Termodinâmica de Substâncias Puras Professor Dr Thiago Leandro de Souza Discente Código 09062025 Prova 2 As respostas deverão apresentar a resolução completa das questões Não basta apresentar apenas o resultado final é necessário mostrar o raciocínio utilizado todos os cálculos e deduções Em caso de cálculo iterativo apresentar somente as duas primeiras iterações sendo que a estimativa inicial não conta como iteração Nos cálculos use 𝑅 8314𝐽𝑚𝑜𝑙 𝐾 1 35 Um mol de um gás ideal inicialmente a 35 e 110𝑘𝑃𝑎 passa pelo seguinte processo cíclico em um sistema fechado Etapa 12 compressão adiabática até 520𝑘𝑃𝑎 Etapa 23 resfriamento à pressão constante Etapa 31 expansão isotérmica até o seu estado original Construa um diagrama PV indicando cada estado e etapa do processo e calcule 𝑈 𝑄 e 𝑊 para cada etapa e para o ciclo como um todo Considere que cada etapa é mecanicamente reversível e 𝐶𝑃 7 2 𝑅 Forneça os resultados dos cálculos com 4 algarismos significativos de precisão 2 30 Água líquida escoa através de um tubo horizontal em estado estacionário Este tubo é rígido possui um isolamento térmico e não há qualquer dispositivo móvel A área da seção transversal do tubo varia com o comprimento como na figura abaixo Na entrada a corrente se encontra a 25 10bar e uma velocidade de 25 𝑚𝑠 e o diâmetro interno do tubo é de 25 𝑐𝑚 a Qual será a temperatura na saída do tubo 𝑇2 em ºC se o diâmetro nesta seção do tubo for de 35 𝑐𝑚 e a perda de carga for de 5𝑏𝑎𝑟 𝑃 5𝑏𝑎𝑟 b Qual seria a máxima variação de temperatura e a temperatura final que esta corrente poderia experimentar com um aumento do diâmetro do tubo com a mesma perda de carga 𝑃 5𝑏𝑎𝑟 c Esse processo é reversível ou irreversível Demonstre Enuncie e demonstre todas as hipóteses simplificadoras a partir das equações de balanço gerais Forneça o resultado com 5 algarismos significativos de precisão Considere 𝐶𝑃𝐻2𝑂 418 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑀𝐻2𝑂 18𝑔𝑚𝑜𝑙 𝜌𝐻2𝑂 1 𝑔 𝑐𝑚3 Obs para um fluido incompressível 𝑑𝑈 𝐶𝑉𝑑𝑇 𝑑𝐻 𝐶𝑃𝑑𝑇 𝑉𝑑𝑃 e 𝑑𝑆 𝐶𝑃 𝑇 𝑑𝑇 Dica 𝑚 𝜌𝑣𝐴 sendo 𝐴 é a área da seção transversal ou seja 𝐴 𝜋𝑟2 𝑇1 𝑃1 𝑣1 𝐴1 𝑇2 𝑃2 𝑣2 𝐴2 01 3 35 Um inventor projetou um processo complexo no qual uma corrente de ar de 25 mols é utilizada como fluido de trabalho Afirmase que os efeitos do processo são Ocorre uma mudança de estado do ar de 260 e 5𝑏𝑎𝑟 para 80 e 1𝑏𝑎𝑟 São produzidos 3500𝑊 de trabalho Ocorre uma transferência de calor entre o sistema e as vizinhanças que se encontram a uma temperatura de 30 a Aplique os balanços de massa energia e entropia para este processo partindo das equações de balanço gerais indicando cada hipótese simplificadora b Qual deve ser a taxa de transferência de calor trocado entre o sistema e o ambiente E em que sentido esta troca térmica ocorre c Qual é a taxa da variação da entropia das correntes e da vizinhança d Esse processo é possível Justifique sua resposta Suponha que o ar se comporte como um gás ideal com 𝐶𝑃 5 2 𝑅 Respostas Questão 1 Diagrama PV 𝑈12 3578J 𝑄12 0𝐽 𝑊12 3578𝐽 𝑈23 3578𝐽 𝑄23 5009𝐽 𝑊23 1431𝐽 𝑈31 0𝐽 𝑄31 3980𝐽 𝑊31 3980𝐽 𝑈𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 0𝐽 𝑄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 1029𝐽 𝑊𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 1029𝐽 Questão 2 a 𝑇2 25175 b 𝑇𝑚á𝑥 019438 𝑇2 25194 c Questão 3 a b 𝑄 585325𝑊 c 𝑛𝑆𝑐𝑜𝑟𝑟 120483𝑊𝐾 𝑆𝑣𝑖𝑧 𝑡 193081𝑊𝐾 d 𝑆𝐺 313564𝑊𝐾 01