AVA UNIP - TERMODINÂMICA APLICADA - QUESTIONÁRIO UNIDADE III

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AVA UNIP – TERMODINÂMICA APLICADA - QUESTIONÁRIO UNIDADE III 
 Pergunta 1 
0,4 em 0,4 pontos 
 
Sabemos que na prática, na engenharia, tomar modelos reversíveis como referência 
facilita a abordagem das máquinas e dispositivos reais, isto é, irreversíveis. A prática, 
nesse caso, é considerar um parâmetro de eficiência para os dispositivos, máquinas ou 
processos reais. Em geral, podemos dizer que a eficiência de uma máquina em que ocorre 
um processo envolve uma comparação entre o desempenho real da máquina, sob dadas 
condições, e o desempenho que ela teria num processo ideal. A segunda lei é muito 
importante na definição desse processo ideal. A figura, um diagrama (T - s), mostra os 
estados típicos do vapor que escoa numa turbina. Em nosso exemplo, pretende-se que 
uma turbina a vapor seja uma máquina adiabática. A única transferência de calor é aquela 
inevitável que ocorre entre a turbina e o ambiente. Verificamos também que para uma 
determinada turbina a vapor, que opera em regime permanente, o estado do vapor d’água 
que entra na turbina e a pressão de saída apresentam valores fixos. Portanto, o processo 
ideal é isoentrópico entre o estado na entrada e a pressão de saída da turbina. Entretanto, 
o processo real na turbina é irreversível e, assim, a entropia do vapor na seção de 
descarga na turbina (s) é maior que a entropia referente ao estado irreversível (ss). 
 
Com base no texto e no que já foi visto em Termodinâmica Aplicada, é correto afirmar 
que: 
 
Resposta 
Selecionada: 
d. 
De acordo com a figura, o ponto de entrada está no estado de vapor 
superaquecido, e o estado de saída real é também o de vapor 
superaquecido. 
 
 
 Pergunta 2 
0,4 em 0,4 pontos 
 
É proposto a um estudante de Engenharia que, após estudar o 
conceito de variação de entropia, resolvesse o seguinte problema: 
um mol de gás ideal inicialmente a 25°C e 1,0 atm de pressão que 
sofre um processo de compressão reversível isotérmica de 0,5 atm 
até 1,0 atm. Calcule ΔS. 
 
Resposta Selecionada: e. 
-5,76J/mol.K 
 
 
 Pergunta 3 
0,4 em 0,4 pontos 
 
 
Um equipamento para produzir potência utilizando energia sob a forma de calor 
proveniente de um processo industrial a alta temperatura em conjunto com uma entrada 
de vapor é apresentado na Figura. Todas as superfícies são bem isoladas, exceto uma a 
527°C, através da qual ocorre transferência de calor a uma taxa de 4,21 kW. Desprezando 
as variações de energia cinética e potencial, calcule a potência teórica máxima que pode 
ser desenvolvida em kW. 
 
 
 
 
 
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Resposta Selecionada: a. 
9,87kW 
 
 
 Pergunta 4 
0,4 em 0,4 pontos 
 
A eficiência isentrópica em equipamentos industriais como, por 
exemplo, turbinas, compressores, bombas e bocais é um parâmetro 
de análise importante na elaboração e análise de um projeto. É 
proposto a um engenheiro o seguinte problema envolvendo esse 
conceito. Será necessário determinar a eficiência isentrópica de uma 
turbina que opera com vapor d’água a 500°C e 1000kPa, em regime 
permanente, e é expandido até 10 kPa. A vazão mássica é de 1,8 
kg/s e a potência desenvolvida vale 1700 kW. As perdas de calor e os 
efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados. 
Escolha a alternativa que contém a resposta aproximadamente 
correta. 
 
Resposta Selecionada: b. 
92,8% 
 
 
 Pergunta 5 
0,4 em 0,4 pontos 
 
 
Uma usina de força a vapor é proposta para operar entre as pressões de 10 kPa e 2 MPa 
com uma temperatura máxima de 400°C. Determine a eficiência máxima do ciclo usando o 
conceito de estado isentrópico para a análise da turbina. 
 
Resposta Selecionada: c. 
32,3% 
 
 
 Pergunta 6 
0,4 em 0,4 pontos 
 
Vapor saturado entra em uma turbina a 8 MPa e no condensador 
encontra-se líquido saturado a uma pressão de 0,008 Mpa, seguindo 
o modelo de Rankine. A potência líquida de saída do ciclo é de 100 
MW e a turbina e a bomba têm cada qual eficiência isentrópica de 
85%. Determine para esse problema a eficiência térmica. 
 
Resposta Selecionada: d. 
31,4% 
 
 
 Pergunta 7 
0,4 em 0,4 pontos 
 
Água é o fluido de trabalho em um ciclo de Rankine ideal. Vapor 
superaquecido a 180 bar e 560°C entra na turbina de uma 
 
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instalação de potência a vapor. A pressão de saída é 0,06 bar, e o 
líquido deixa o condensador a 0,045 bar e 26°C. A pressão aumenta 
para 182 bar através da bomba. A turbina e a bomba possuem 
eficiências térmicas de 82% e 77%, respectivamente. Para o ciclo, 
determine o trabalho líquido por unidade de massa de vapor 
escoando, em kJ/Kg. 
Resposta Selecionada: a. 
1175,1 
 
 
 Pergunta 8 
0,4 em 0,4 pontos 
 
Os engenheiros muitas vezes se deparam com resolução de 
problemas associados às variações de propriedades 
termodinâmicas presentes no escoamento de matérias. A entropia, 
assim como a massa e a energia, é uma propriedade extensiva, 
pode ser transferida para dentro ou para fora de um volume de 
controle através do escoamento de matéria. O balanço de entropia 
para um volume de controle pode ser derivado de modo muito 
similar ao feito para a obtenção do balanço de energia e de massa, 
partindo de um sistema fechado. Sendo assim, torna-se imperativo 
o conhecimento do balanço das diversas propriedades presentes 
num escoamento. São apresentadas algumas fórmulas para a 
definição do balanço de algumas propriedades presentes em um 
escoamento em regime permanente, visando a resolução de vários 
problemas termodinâmicos: 
 
 
 
 
 
Essas equações precisam, muitas vezes, ser resolvidas 
simultaneamente, junto com equações que expressem relações 
entre as propriedades. Baseado no texto e nas equações 
representadas, pode-se concluir que: 
I – A massa e a energia são quantidades que se conservam. A 
entropia, em geral, se conserva em processos reversíveis. 
II – Para um processo adiabático, a taxa de entropia transferida para 
fora do volume de controle precisa exceder a taxa de entropia 
transferida para dentro do volume de controle e, sendo assim, a 
diferença é a taxa de produção de entropia dentro do volume de 
controle devido às irreversibilidades mais o somatório das taxas de 
 
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energia térmica trocadas no processo. 
III – Em um processo adiabático, se a taxa de entropia transferida 
para fora do volume de controle for igual à taxa de entropia 
transferida para o volume de controle não haverá a taxa de 
produção de entropia dentro do volume de controle e, portanto, o 
processo será reversível. 
IV – A equação da energia para um bocal sofrendo um processo 
adiabático em regime permanente pode ser reduzida para a relação 
entre as entalpias de entrada e saída do bocal e a relação entre a 
diferença de energia cinética presente no processo, desde que a 
diferença de energia potencial seja desconsiderada. 
Resposta Selecionada: d. 
Os itens I, III e IV estão corretos. 
 
 
 Pergunta 9 
0,4 em 0,4 pontos 
 
A entropia de uma massa fixa pode variar devido à transferência de 
calor e irreversibilidades. Porém, para processos internamente 
reversíveis e adiabáticos a entropia não se altera, sendo conhecidos 
como processos isentrópicos ou isoentrópicos. A operação de 
muitos sistemas ou dispositivos como bombas, compressores, 
turbinas, bocais e difusores é essencialmente adiabática, sendo que 
eles possuem melhor desempenho quando as irreversibilidades são 
minimizadas. Portanto, o conhecimento do processo isentrópico é 
fundamento para estabelecer melhorias para os processos reais, 
pois quanto mais próximo o processo real chegar do processo 
isentrópico, melhor será o desempenho do dispositivo. A eficiência 
isentrópica é um parâmetro capaz de expressar quantitativamente o 
quão eficiente um dispositivo real se aproxima do idealizado. São 
mostradas as equações de eficiência isentrópica paraos principais 
dispositivos usados em processos termodinâmicos. Tais eficiências 
são desenvolvidas a partir da equação da energia para volume de 
controle, onde o subscrito r representa o processo real e s o 
processo isentrópico: 
 
 
 
 
Com base no conhecimento de eficiência isentrópica, verifique as 
seguintes afirmações: 
I - A eficiência isentrópica de uma bomba é a razão entre o trabalho 
 
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resultante que seria alcançado se o processo entre o estado de 
entrada e a pressão de saída fosse isentrópico e o trabalho 
resultante real da turbina. 
II – A eficiência isentrópica de um compressor e de uma bomba é a 
razão entre o trabalho necessário para elevar a pressão de um gás 
até um valor especificado de forma isentrópica e o trabalho de 
compressão real, e somente no caso da bomba podemos relacionar 
o trabalho real apenas com a variação de pressão e o volume de 
fluido presente no dispositivo. 
III – A eficiência isentrópica em bocais é a razão entre a energia 
potencial real do fluido na saída do bocal e a energia potencial na 
saída de um bocal isentrópico para o mesmo estado de entrada e 
pressão de saída. 
Resposta Selecionada: b. 
Os itens I e III estão corretos. 
 
 
 Pergunta 10 
0,4 em 0,4 pontos 
 
As irreversibilidades são inerentes a todos os processos reais, 
porém, para conseguirmos uma melhor análise dessas 
irreversibilidades é aconselhável estudarmos os dispositivos de 
maneira ideal, isto é, isentrópicos. Embora seja inevitável alguma 
transferência de calor entre esses dispositivos e a vizinhança, em 
muitos casos podemos considerá-los adiabáticos quando analisados 
esses dispositivos em regime permanente. O gráfico mostra a 
expansão em uma turbina e os efeitos das irreversibilidades. 
 
Após uma análise do gráfico, conclui-se que: 
I - O parâmetro que expressa quantitativamente o quão eficiente um dispositivo real se 
aproxima de um dispositivo idealizado é a eficiência isentrópica ou adiabática. Portanto, 
quanto mais próximo o processo real seguir o processo isentrópico idealizado, melhor 
será o desempenho do dispositivo. 
II - Eficiência isentrópica envolve a comparação entre o desempenho real de um 
dispositivo e o desempenho que esse mesmo dispositivo teria se operasse em condições 
idealizadas para o mesmo estado na entrada e a mesma pressão na saída. 
III - A eficiência isentrópica é definida de forma única para todos os dispositivos, uma vez 
que cada dispositivo é concebido para executar um processo adiabático. 
Com base no texto e no gráfico apresentado é correto afirmar que: 
 
Resposta Selecionada: a. 
Os itens I e II estão corretos.