Atividade 1 - Trabalho e Calor - Termodinâmica Aplicada - Com Resposta

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03526 - TRABALHO E CALOR
	 
		
	
		1.
		(Ex 4.31FE, p. 121 - POTTER, M. C., SCOTT, E. P. Ciências Térmicas: termodinâmica, mecânica dos fluidos e transmissão de calor. Tradução Alexandre Araújo, et al; revisão técnica Sérgio Nascimento Bordalo. São Paulo: Thomson Learning, 2007) O termo ˙mΔh�˙∆ℎ na equação de volume de controle ˙Q−˙Wútil=˙mΔh�˙−�˙ú���=�˙∆ℎ,
	
	
	
	inclui a taxa de trabalho de escoamento em virtude das forças de pressão.
	
	
	leva em consideração a taxa de variação de energia em um volume de controle.
	
	
	frequentemente é desprezado em aplicações de volume de controle.
	
	
	representa a taxa de variação de energia entre a saída e a entrada.
	
	
	se aplica a sistemas adiabáticos e reversíveis
	Data Resp.: 17/10/2023 20:49:45
		Explicação:
Gabarito: inclui a taxa de trabalho de escoamento em virtude das forças de pressão.
Justificativa: A formulação da 1ª lei da termodinâmica para o volume de controle leva em consideração o trabalho de escoamento pv��, que quando somado com a energia interna, faz surgir na equação de balanço de energia a entalpia h.
Na operação em regime permanente não existem variações no tempo das propriedades, portanto a taxa de variação de energia no volume de controle é zero.
	
	
	 
		
	
		2.
		(Fundação Carlos Chagas / 2007) Uma caixa, com isolamento perfeito, contendo um gás, é mostrado na figura abaixo.
Fechando-se a chave S, verifica-se que o trabalho será nulo se o sistema considerado for
	
	
	
	a caixa.
	
	
	o gás.
	
	
	a bateria.
	
	
	a placa.
	
	
	o gás e placa.
	Data Resp.: 17/10/2023 20:50:12
		Explicação:
Gabarito: o gás.
Justificativa: sistema
Para um sistema fechado não existe escoamento e nem expansão de volume. Portanto, se o sistema for o gás, o trabalho será considerado zero. O gás receberá a energia da placa de aquecimento na forma de calor, que por sua vez foi alimentada com o trabalho elétrico da bateria.
	
	
	 
		
	
		3.
		(Petrobras / 2010) Uma turbina a vapor é capaz de gerar 2150kW2150��. Para tanto, ela opera com vapor de água a 2000kPa2000��� e 300°C300°� em sua alimentação e descarrega vapor saturado em um condensador a uma pressão de 10kPa10���. A vazão mássica de vapor que passa por ela é
	
	
	
	2,3 kg/s
	
	
	22 kg/s
	
	
	15 kg/s
	
	
	1,5 kg/s
	
	
	4,9 kg/s
	Data Resp.: 17/10/2023 20:50:34
		Explicação:
Gabarito: 4,9 kg/s
Justificativa: 1ª lei da termodinâmica para a turbina adiabática em regime permanente:
Tabela de dados termodinâmicos:
 
	
	
	 
		
	
		4.
		(Petrobras / 2018) Um conjunto cilindro-pistão tem um volume de 0,5m30,5�3 e equilibra uma massa de 10 kg. Transfere-se calor para esse cilindro até que seu volume chegue a 0,7m30,7�3. Desconsiderando a pressão atmosférica, sabe-se que o trabalho realizado pelo sistema é de 500N⋅m500�·�. Nessas condições, qual é a área do pistão, em m2�2? Dado: g=10m/s2�=10�/�2
	
	
	
	0,05
	
	
	0,03
	
	
	0,02
	
	
	0,04
	
	
	0,06
	Data Resp.: 17/10/2023 20:51:43
		Explicação:
Gabarito: 0,04
Justificativa:
	
	
	 
		
	
		5.
		(Petrobras / 2018) Considerando que os estados final e inicial de uma transformação com um gás ideal possuam a mesma energia interna, é correto afirmar que
	
	
	
	as temperaturas dos estados inicial e final são iguais.
	
	
	não ocorreu troca de trabalho entre o gás e o meio.
	
	
	não houve troca de calor entre o gás e o ambiente.
	
	
	a transformação é isocórica.
	
	
	a transformação é isobárica.
	Data Resp.: 17/10/2023 20:52:07
		Explicação:
Gabarito: as temperaturas dos estados inicial e final são iguais.
Justificativa: energia interna
Para gás ideal: U=U(T)�=�(�)
Processo isotérmico: dU=0(U=constante)��=0(�=constante)
Pela 1ª lei da termodinâmica: dU=δq−δw⇒δq=δw��=δ�−δ�⇒δ�=δ�
Transformação isocórica: q=ΔU�=∆�
Transformação isobárica: q=ΔH�=∆�
	
	
	 
		
	
		6.
		(Petrobras / 2018) Um sistema termodinâmico está submetido a um ciclo composto por três processos. No primeiro, o sistema recebe 40 kJ de calor e executa um trabalho de 40 kJ. No segundo processo, são rejeitados pelo sistema 120 kJ de calor, porém a variação da energia interna é nula. No terceiro processo, 20 kJ de calor são retirados do sistema.
No terceiro processo descrito no texto, é realizado um trabalho de
	
	
	
	35 kJ pelo sistema.
	
	
	20 kJ pelo sistema.
	
	
	40 kJ pelo sistema.
	
	
	35 kJ sobre o sistema.
	
	
	20 kJ sobre o sistema.
	Data Resp.: 17/10/2023 20:52:29
		Explicação:
Gabarito: 20 kJ sobre o sistema.
Justificativa: 1ª lei para processo cíclico - convenções de sinais.
Para um processo cíclico: ∮δq=∮δw∮δ�=∮δ�
Para o segundo processo com dU=0:w=q=−100kJ��=0:�=�=−100��
Então:
Logo:
O sinal negativo indica que esse trabalho é recebido pelo sistema.
	
	
	 
		
	
		7.
		O vapor de água executa o ciclo 1-2-3-4-1.
Qual é a quantidade de calor introduzida no sistema para a realização do ciclo?
	
	
	
	51,6 kJ/kg
	
	
	153 kJ/kg
	
	
	0 kJ/kg
	
	
	105 kJ/kg
	
	
	127 kJ/kg
	Data Resp.: 17/10/2023 20:55:49
		Explicação:
Gabarito: 153 kJ/kg
Justificativa:
Para o ciclo: ∮δq=∮δw∮δ�=∮δ�
O trabalho é igual numericamente a área interna ao ciclo.
Da tabela de dados termodinâmicos:
Então, para o ciclo:
	
	
	 
		
	
		8.
		(Petrobras / 2018) Um sistema termodinâmico está submetido a um ciclo composto por três processos. No primeiro, o sistema recebe 40kJ40�� de calor e executa um trabalho de 40kJ40��. No segundo processo, são cedidos 120kJ120�� de calor, porém a energia interna é constante. No terceiro processo, 20kJ20�� de calor são retirados do sistema.
Com base nas informações do texto, é correto afirmar que, durante o ciclo, a variação total de energia interna é
	
	
	
	-100 kJ.
	
	
	0 kJ.
	
	
	+10 kJ.
	
	
	-15 kJ.
	
	
	140 kJ.
	Data Resp.: 17/10/2023 20:53:02
		Explicação:
Gabarito: 0 kJ.
Justificativa: A integral cíclica de qualquer variável de estado é zero. Portanto, para o ciclo ΔU=0∆�=0.
	
	
	 
		
	
		9.
		(KROOS, K. A., POTTER, M. C. Termodinâmica para Engenheiros. Tradução da 1ª edição norte americana; revisão técnica Fernando Guimarães Aguiar. São Paulo: Cengage Learning, 2015. Pag. 153.) A primeira lei aplicada ao escoamento em regime permanente de água através de uma bomba isolada termicamente, desprezando-se as variações e perdas de energia cinética e potencial, é representada por qual equação?
	
	
	
	˙Wbomba=˙m(h2−h1)�˙�����=�˙(ℎ2−ℎ1)
	
	
	−˙Wbomba=˙m(h2−h1)−�˙�����=�˙(ℎ2−ℎ1)
	
	
	˙Wbomba=˙m∙Δp∙v�˙�����=�˙∙∆�∙�
	
	
	˙Wbomba=˙m(u2−u1)�˙�����=�˙(�2−�1)
	
	
	˙Wbomba=˙m∙Δpρ�˙�����=�˙∙∆�ρ
	Data Resp.: 17/10/2023 20:53:27
		Explicação:
Gabarito: ˙Wbomba=˙m(h2−h1)�˙�����=�˙(ℎ2−ℎ1)
 Justificativa: 1ª lei volume de controle.
1ª lei da termodinâmica aplica à bomba:
Conforme enunciado:
Logo:
	
	
	 
		
	
		10.
		(Petrobras / 2018) Um gás é contido em um cilindro provido de êmbolo sobre o qual são colocados três pesos, gerando uma pressão inicial de 300 kPa para um volume de 0,05m30,05�3. Considere que calor é trocado com o gás, de forma que a relação pV2��2 seja constante, sendo p a pressão, e V o volume do gás. Assim, o trabalho realizado pelo sistema para que o volume final alcance 0,1m30,1�3 será, em kJ, de:
	
	
	
	15,0
	
	
	17,5
	
	
	10,0
	
	
	7,5
	
	
	12,5
	Data Resp.: 17/10/2023 20:53:53
		Explicação:
Gabarito: 7,5
Justificativa: processo politrópico
pV2=constante��2=constante
Processo politrópico com n = 2.
 
	
	
	 
	 
	Não Respondida
	 
	 
	 Não Gravada
	 
	 
	Gravada