Nível 3

Gás natural liquefeito vem sendo produzido no mundo em quantidades cada vez maiores devido à sua alta densidade de energia, quando comparada à do gás natural comprimido. O gás natural liquefeito é composto majoritariamente por metano, cuja pressão de vapor varia com a temperatura conforme a equação empírica: $$\log(P/\pu{bar}) = 4 - \frac{480}{T/\pu{K} - \pu{0,5}}$$ Um tanque criogênico típico para transporte marítimo de gás natural liquefeito tem volume de $\pu{40000 m3}$, e é armazenado a $\pu{-112,5 \degree C}$. Este tanque não possui resfriamento externo e a pressão em seu interior é mantida constante. Inicialmente o tanque é carregado com $\pu{14000 ton}$ de metano líquido, que evapora durante o transporte, perdendo calor a uma taxa de $\pu{50 kW}$.

1. Determine o ponto de ebulição normal do metano.

2. Determine o ponto crítico do metano.

3. Determine a entalpia de vaporização do metano nas condições de transporte.

4. Determine a fração de metano que evapora após quinze dias de navegação.

Nos sistemas de refrigeração industrial a amônia é usada como fluido térmico, por não contribuir para o efeito estufa e nem para a destruição a camada de ozônio. Estas unidades industriais são muito grandes e caras, assim, antes de serem construídas, devem ser planejadas tendo em conta diferentes parâmetros. Em sistemas reais, parte do líquido refrigerante é liberado, no início do aquecimento, sob a forma de vapor para o ambiente (ponto 0) e, no final (ponto 1), é sempre aquecido acima da sua temperatura de ebulição.

No inicio do processo (ponto 0), $10\%$ da amônia está na fase gasosa.

• Etapa 0–1. A mistura em equilíbrio, líquido e seu vapor, recebe calor do ambiente a pressão constante $P_1 = \pu{3 bar}$. O líquido refrigerante evapora completamente e superaquece até à temperatura $T_1 = \pu{275 K}$.

• Etapa 1–2. O líquido é comprimido reversivelmente em condições adiabáticas e aquece até $T_2 = \pu{400 K}$.

• Etapa 2–3. O líquido, que está comprimido, é resfriado num condensador à pressão constante.

• Etapa 3–0. O líquido retorna ao estado inicial através de uma expansão adiabática com trabalho nulo.

• A eficiência do refrigerador é definida como a razão entre o calor absorvido na etapa 0–1 e o trabalho do compressor na etapa 1–2.

Nas condições do processo, a relação entre a pressão máxima de vapor da amônia e temperatura é: $$\log(P/\pu{bar}) = \pu{5,5} - \dfrac{1200}{T/\pu{K} - 20}$$ Considere que o ciclo envolve $\pu{1 mol}$ de amônia.

1. Determine a temperatura $T_0.$

2. Determine o calor absorvido na etapa 0–1.

3. Determine a eficiência do refrigerador.

4. Determine a temperatura $T_3.$

5. Explique o efeito do aumento de $T_3$ na eficiência