Química ambiental e fundamentos da termodinâmica - POLI-USP-Eng. Ambiental - Lista 4

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PQI 2322 – Tópicos de Química para Engenharia Ambiental II 
PQI 3222 – Química Ambiental e Fundamentos de Termodinâmica 
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 
Engenharia Ambiental 
2o. Semestre 2015 
Profa. Dra. Rita Maria de Brito Alves 
 
Lista de Exercícios 4 
 
1- Em um processo de fluxo em regime estacionário, 1mol/s de ar a 600K e 1 atm é continuamente 
misturado com 2mols/s de ar a 450K e 1 atm. A corrente produto está a 400K e 1 atm. A 
representação esquemática do processo é mostrada na figura abaixo. Determine a taxa de 
transferência de calor e a taxa de geração de entropia para o processo. 
Assuma que: ar é um gás ideal com Cp,id=(7/2)R; 
 as vizinhanças estão a 300K; 
 as variações de energia cinética e potencial são desprezíveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- Em relação a 1 kg de água líquida: 
a) Inicialmente a 0oC, é aquecida a 100oC por contato com um reservatório térmico a 100oC. 
Qual é a variação de entropia da água? Do reservatório térmico? Qual é a variação de 
entropia total? 
b) Inicialmente a 0oC, é primeiro aquecida a 50oC por contato com um reservatório térmico a 
50oC e então é aquecido a 100oC por contato com um reservatório a 100oC. Qual é a variação 
total de entropia? 
c) Explique como a água pode ser aquecida de 0oC a 100oC de modo que a variação de entropia 
total seja zero. 
Assuma que a capacidade calorífica da água é constante: Cp = 4,184kJ/(kg.K) 
 
3- Determine a variação de entalpia e a variação de entropia da água líquida para uma mudança de 
estado de 1 bar e 25oC para 1000bar e 50oC. Os seguintes dados para a água estão disponíveis. 
 
t P Cp v αP x10
6 
(oC) (bar) J/(molK) (cm3/mol) K-1 
25 1 75,305 18,071 256 
 25 1000 
 
18,012 366 
 50 1 75,314 18.234 458 
50 1000 
 
18,174 568 
 
4- Um determinado gás segue a equação Virial truncada no segundo termo: 
 
 
P
P
T
V
V









1

Q 
3mol/s 
400K 
2mol/s 
450K 
1mol/s 
600K 
 
Com B=‐7,2x10-4 m3/mol. Calcule a variação de entropia do gás ao sofrer uma expansão, em uma 
turbina, de um estado à pressão de 10 bars e temperatura de 620K para um estado à pressão de 1,0 
bar e temperatura de 364,7 K. Considere que, para este gás, o valor de Cvid é 28 J/mol K 
 
5- 100m3 de CO2, inicialmente a 150oC e 50 bar, é comprimido isotermicamente em um dispositivo 
tipo pistão-cilindro sem atrito até a pressão de 300 bar. Calcule: 
a) o volume do gás comprimido 
b) o trabalho de compressão 
c) o fluxo de calor na compressão. 
Para cada caso, assuma que CO2 é 
I) um gás ideal 
II) obedece o princípio dos estados correspondentes 
6‐ a) O calor de fusão para a transição de fase gelo-água é 335 kJ/kg a 0oC e 1 bar. A densidade da 
água é 1000kg/m3 nestas condições, e a do gelo é 915 kg/m3. Desenvolva uma expressão para a 
variação da temperatura de fusão do gelo com a pressão. 
b) O calor de vaporização para a transição de fase vapor-água é 2255 kJ/kg a 100oC e 1 bar. 
Desenvolva uma expressão para a variação na temperatura de ebulição da água com a pressão. 
c) Calcule os pontos de congelamento e ebulição da água em um local onde a pressão atmosférica 
média é 84,6kPa. 
 
7- Estime a temperatura e pressão do ponto triplo do benzeno. 
 Dados: Ponto de fusão à pressão atmosférica: 5,49oC 
 Calor de fusão a 5,49oC: 127J/g 
 Volume de líquido a 5,49oC: 0,901x10-3 m3/kg 
 Variação de volume na fusão: 0,1317x10-3 m3/kg 
T(oC) -36,7 -19,6 -11,5 -2,6 
Psat (Pa) 1,333 6,667 13,33 26,67