TEQteste28out2014

TERMODINÂMICA de ENGENHARIA QUÍMICA (MEQ)
1º TESTE
28 de outubro de 2014
R = 8.314 J K–1 mol–1 = 8.314 Pa m3 K–1 mol–1 = 83.14 bar cm3 K–1 mol–1
1 bar = 0.9869 atm = 100 kPa = 0.1 MPa = 750 mmHg; 1 atm × 1 dm3 = 24 cal; 1 cal =
4.184 J
Duração: 2 h
Cotação: I: 12 val; II: 8 val.
I
A mistura binária 1,4-dioxano (1) e água (2) apresenta um azeótropo para x1= 0,554, à
pressão de 0,223 bar e à temperatura de 50°C. As pressões de vapor, a 50°C, do 1,4dioxano e da água são, respectivamente, 0,156 bar e 0,124 bar.
Admita que a fase vapor é ideal e que a fase líquida é representada pela equação de
𝐸
Margules de um parâmetro, 𝐺 ⁄𝑅𝑇 = 𝐴 𝑥1 𝑥2 .
a) Demonstre, utilizando a equação de Gibbs-Duhem, que se o coeficiente de
actividade para o componente 1 é ln 𝛾1 = 𝐴𝑥22 , então o coeficiente de
actividade para o componente 2 tem de ser dado por ln 𝛾2 = 𝐴𝑥12 .
b) Faça um esboço da variação dos coeficientes de actividade 𝛾1 e 𝛾2 em função da
fracção molar 𝑥1 .
c) Calcule o valor do parâmetro A da equação de Margules de um parâmetro.
d) Preveja se esta mistura apresenta imiscibilidade na fase líquida. Justifique a sua
resposta com base na dedução da condição de imiscibilidade.
e) Calcule a composição do vapor em equilíbrio com uma mistura líquida de
composição x1 = 0,40 a 50°C.
f) Explique como poderia prever os coeficientes de actividade de cada um dos
componentes da mistura usando o modelo UNIFAC.
II
Considere uma central termoeléctrica de produção de energia onde 1000 kg/h de
vapor de água entram na turbina a 3 MPa e 350°C e são condensados no condensador
à pressão de 75 kPa.
a) Admitindo que a central funciona segundo um ciclo ideal de Rankine, descreva
o seu funcionamento num diagrama T-s.
b) Calcule a eficiência de um ciclo de Carnot a funcionar entre as mesmas
temperaturas máxima e mínima.
c) Admitindo que o vapor de água sofre uma expansão isentrópica na turbina,
calcule a potência da turbina.
d) Considere um ciclo de Rankine com condições fixas à entrada da turbina. Qual é
o efeito de diminuir a pressão no condensador sobre:
(i) a eficiência do ciclo
(ii) a qualidade do vapor à saída da turbina.