Gás cloro deve ser aquecido de e 1 atm até .
a) Calcule a taxa de entrada de calor (kW) necessária para aquecer uma corrente de gás escoando a a pressão constante. (R. 17650 kW )
b) Calcule a entrada de calor (kJ) necessária para elevar a temperatura de 5,0 kmols de gás cloro em um vaso rígido fechado desde e 1 atm até . (Sugestão: Assuma gás ideal e avalie diretamente do resultado do último cálculo, de forma que você não tenha que fazer outra integração). (R. ~13490 kJ)
c) Em um processo real, para atingir o aquecimento desejado, você na verdade teria que fornecer ao vaso uma quantidade de calor maior do que a calculada. Por quê?

Passo 1

O enunciado pede o calor necessário para aquecer gás cloro de ( K) a ( K) em dois processos distintos: a) escoamento a pressão constante com vazão de ,kmol/s; b) recipiente rígido fechado com quantidade fixa ,kmol. Como o cloro pode ser tratado como gás ideal, vamos usar
para o caso a) e
(ou ) para o caso b). Precisaremos de valores médios de e de .

Passo 2

Estimativa de : a variação de entalpia molar pode ser aproximada por
com K. Usando dados de tabelas para entre K e K obtém-se aproximadamente
,J,mol K .

Passo 3

Cálculo da taxa de calor em regime estacionário a constante:
Substituindo ,mol/s, ,J,mol K e ,K, temos
Arredondando,

Passo 4

Para o vaso rígido fechado não há trabalho de fluxo; o calor fornecido altera apenas a energia interna:
com ,J,mol K . Logo
Então, para ,mol e ,K,
Alternativamente, usando kJ, chega-se ao mesmo valor.

Passo 5

No processo real a quantidade de calor fornecida terá de ser maior porque sempre existem irreversibilidades e perdas térmicas: há trocas de calor com o ambiente, diferenças finitas de temperatura no trocador, não-idealidade do gás em altas temperaturas e eventuais esforços de bombeamento, de modo que parte da energia fornecida não fica inteiramente no aquecimento do fluido.

Resposta

(a)
(b)
(c) Porque no processo real há perdas de calor para o meio ambiente e irreversibilidades (diferenças de temperatura finitas, resistências térmicas, não-idealidades do gás etc.), exigindo calor adicional para compensar essas perdas.

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