Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 16.Problemas - Ex. 76
Uma mistura oxigênio-nitrogênio consiste em 30 kg de oxigênio e 40 kg de nitrogênio. Essa mistura é resfriada até 84 K a uma pressão de 0,1 MPa. Determine a massa do oxigênio na fase líquida e gasosa.
Passo 1
Para resolver esse exercício, devemos recorrer ao diagrama de equilíbrio da mistura de duas fases de oxigênio e nitrogênio a 100 kPa que nos foi apresentado nessa seção do livro, na figura 16-21, então, temos:
Então, para temos que a fração molar de oxigênio na fase de vapor será de 34% e na fase de vapor de 70%, lembrando que pegamos o ponto onde a linha intercepta as duas linhas de mudança de fase.
Passo 2
Agora, sabendo que a massa molar do oxigênio e do nitrogênio são:
Então o número de mols de cada um dos elementos pode ser encontrado através de:
E o número de mol total da mistura será:
Então, como temos duas fases, sabemos que o número total de mols do sistema será a soma dos mols da fase líquida e na fase vapor, então, temos:
Isolando dessa equação, temos:
E, com a fração molar encontrada com o auxílio do diagrama no passo 1, temos que a quantidade de mols de oxigênio será:
Então, substituindo a expressão encontrada para nessa última equação, temos:
E, substituindo esse valor na expressão para , chegamos em:
Passo 3
Então, com os números de mol encontrados no passo 2, podemos encontrar a massa de oxigênio nos estados líquido e vapor através de: