Termodinamica

Desenvolvimento

ETAPA 3

Aula-tema: Gases perfeitos

A utilização do modelo de gás perfeito é bastante útil nas análises termodinâmicas devido à sua simplicidade. Para realizá-la, é importante seguir os passos descritos

Em certas condições, o comportamento real da substância corresponde ao modelo ideal.

Vamos analisar apenas casos em que esse modelo é válido. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Determinar a massa de propano contida no tanque, se um tanque apresenta volume interno de 1 m 3 de propano a 20°C de temperatura e pressão de 101kPa.

Dados

1m3= 1000L

1atm= 101,32Kpa

Densidade do propano (20°C, 1atm = 2,009 g/L.)

m=d.v=2.009g.l .1000L=m=2Kg

Passo 2

Uma esfera oca de metal, com diâmetro interno de 150 mm é pesada inicialmente vazia e pesada

novamente quando carregada de um certo gás a 875 kPa. A diferença entre as leituras é de 0,0025kg. Admitindo que o gás é uma substancia pura e que o processo foi à temperatura constante de 25°C, determine qual é o gás contido na esfera. (dica: encontre a constante do gás).

Dados:

∅= 150mm= 0.15m R= 0.075m

P= 875 kPa

T= 25°C = 298 K

R= 8,3144 L / kPa K-1

Volume da esfera

4 . π.r3 3=v=1.76L

n=P.VR.T=875 kPa .1.76l8,3144 kPa K-1=n=0.621 moles

Passo 3

O conjunto cilindro-pistão, contém, inicialmente, 0,25 m 3 de dióxido de carbono (CO 2 ) a 300kPa e 100°C. Os pesos são, então, adicionados a uma velocidade tal que o gás é comprimido segundo a relação PV 1,42 = constante. Admitindo que a temperatura final seja igual a 125°C. Qual o volume final? Qual a titulação? Faça um diagrama de fase P-V e indique os pontos iniciais e finais nesse diagrama.

Passo 4

Um tanque rígido com volume de 1m 3 contém amônia a 100kPa e 300K e está conectado, através de uma tubulação com válvula, a outro tanque com volume de 0,5m 3 que contém amônia a 250 KPa e 400K. A válvula é aberta e espera-se até que a pressão se torne uniforme. Sabendo que a temperatura final de equilíbrio é de 325K, determine a pressão final do processo.

Resposta

Dados

Tanque A

V=1000L

P= 100 kPa

T= 300K

Tanque B

V=500L

P= 250 kPa

T= 400K

R: 8,314

Sabendo que a temperatura final de equilíbrio é de 325K, determine a pressão final do processo.

P.V=n.R.T

100 kPa .1000 L=n. 8.314 .300K= nA=1000008.314 .300

250 kPa .500 L=n. 8.314 .400K= nB=1250008.314 .400

n=nA+nB

P.V=n.R.T

P .1500L= 1000008,314 .300+ 1250008,314 .400

P=100000 .400+125000 .3001500.400.300 .T

P=40.106+ 37,5. 106180.106=P=140kPa

ETAPA 4

Aula-tema: Primeiro e segundo princípios da termodinâmica. A Termodinâmica tem como objetivo estudar o funcionamento de máquinas térmicas que a partir da expansão sofrida por um gás gere movimento, que possa ser aproveitado na realização de alguma tarefa. Para realizá-la, é importante seguir os passos descritos.

Um dos primeiros motores construídos com a finalidade de bombear água de uma mina de carvão foi desenvolvido por Thomas Newcomen em 1705 e usava, pela primeira vez, um conjunto cilindro-pistão. O vapor era produzido no aquecedor (a) e conduzido através da válvula manual (b) até o cilindro (c). O vapor iria empurrar o pistão até a posição mostrada, permitindo que a haste (d) descesse para dentro do reservatório de água (ou mina). A válvula (e) era então aberta para permitir um jato de água sobre o cilindro, capaz de condensar o vapor

ali dentro, provocando o vácuo necessário. O pistão era então empurrado para baixo pela pressão atmosférica, levantando a haste e bombeando água para fora através da linha (f). A válvula (e) era fechada, a válvula (b) era aberta e o procedimento era repetido. A linha (g) era aberta intermitentemente para permitir que o vapor condensado pudesse ser retirado do cilindro.Em 1763, James Watt, notou a baixíssima eficiência da máquina de Newcomen e suspeitou que grande parte do vapor quente poderia ser resfriado, condensado e ter seu volume bastante reduzido ao entrar no cilindro resfriado. Ele introduziu diversas inovações à máquina de Newcomen, entre elas o uso de um condensador externo