Estudo Termodinamica

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TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
Vapor d'água saturado a 8MPa e com uma qualidade de 98 % é descarregado por uma válvula 
em uma tubulação com diâmetro constante para uma pressão de 200 kPa. Na saída da válvula, 
qual a temperatura e a qualidade (caso saturado) ou grau de superaquecimento (caso 
superaquecido)? 
Escolha uma opção: 
T = 131°C, G. S. = 11°C 
 
Qual o volume molar de vapor saturado e de líquido saturado para o propano (C H ) a 44°C a 
partir das correlações generalizadas? (Dica: Rackett e fator de compressibilidade). 
Escolha uma opção: 
9,46 x 10 m /mol (líquido saturado) e 7,36 x 10 m /mol (vapor saturado). 
 
Um engenheiro deseja calcular a energia potencial e a energia cinética da água que escoa em 
uma queda d’água com 80 m de altura, conforme esquematizado na figura abaixo. 
 
De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, considerando que 1 kg de água escoa nessa 
queda d’água e admitindo que nenhuma energia é trocada entre a massa de água e as suas 
vizinhanças e, ainda, que a aceleração da gravidade é igual a 10 m/s , avalie as afirmações a 
seguir. 
I. A energia potencial da água no topo da queda d’água, em relação à sua base, é igual a 800 J. 
II. A energia cinética da água no instante imediatamente anterior ao seu choque com a base da 
queda d’água é igual a 400 J. 
III. A variação de energia potencial é essencialmente nula durante o processo de mistura da 
água, quando ela entra no curso do rio à jusante da queda. 
É correto o que se afirma em: 
Escolha uma opção: 
I e III, apenas 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
Construa o esboço de um gráfico que apresente de que forma a entalpia de vaporização de uma 
substância pura varia com a temperatura, desde a temperatura normal de ebulição até seu 
ponto crítico. Comente com suas palavras pontos que você considere importante sobre a 
curva produzida. (Dica: verifique com os dados das tabelas de vapor). 
Observação: o esboço do gráfico pode ser anexado à questão, juntamente com os cálculos. 
 
A curva produzida no gráfico, é a variação entre a entalpia dos produtos e dos reagentes. 
No caso da vaporização de uma substância pura que varia com a temperatura, significa que a 
substancia precisou receber energia (calor) para mudar de estado físico, ou seja, o processo 
de entalpia é positivo (endotérmico). 
H2O liquido -------> H2O gás 
 
Considere um tubo rígido, de paredes grossas, cheio de água líquida em equilíbrio com seu vapor 
a 0,1 Mpa. Depois de lacrado, o tubo é aquecido de modo que o sistema passa pelo seu ponto 
crítico. Que fração da massa de água estava originalmente na fase vapor? 
Escolha uma opção: 
0,125%. 
 
A segunda lei da Termodinâmica pode ser usada para avaliar propostas de construção de 
equipamentos e verificar se o projeto é factível, ou seja, se é possível de ser construído. 
Considere a situação em que um inventor alega ter desenvolvido um equipamento que trabalha 
segundo o ciclo termodinâmico de potência mostrado na figura. O equipamento retira 800 hJ 
de energia, na forma de calor, de um dado local que se encontra na temperatura de 1000 K, 
desenvolve uma dada quantidade lÍquida de trabalho para a elevação de um peso e descarta 
300 kJ de energia, na forma de calor, para outro local que se encontra a 500 K de temperatura. 
A eficiência térmica do ciclo é dada pela equação fornecida. 
 
Incorreta, pois a eficiência de seu equipamento é de 62,5% e é maior do que a eficiência teórica 
máxima. 
 
 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
A equação de gases ideais é válida para todos os gases em pressões suficientemente baixas, 
sendo válida somente quando P → 0. Quando a pressão de uma certa quantidade de gás é 
elevada, surgem desvios na equação do gás ideal. Consequentemente, os gases reais possuem 
propriedades diferentes das preditas pela lei dos gases ideais. Uma das melhores maneiras de 
mostrar esses desvios é medir o fator de compressibilidade (Z). O gráfico de PV/RT em função 
da pressão mostra a variação experimental de Z para vários gases. 
 
Sobre o comportamento dos gases no gráfico acima, avalie as afirmações a seguir: 
I. Os gases desviam-se do valor de Z = 1 quando a pressão aumenta, comportando-se como gases 
reais. 
II. Os desvios do comportamento ideal podem ser relacionados à existência de interações 
intermoleculares. 
III. Nos gases que estão sob condições de pressão e temperatura tais que Zturbina 
tornar-se-á um problema muito sério quando a umidade do fluído, nos estágios de baixa 
pressão da turbina, for maior que 10%. 
2 O aumento da pressão na caldeira contribui para aumentar a eficiência térmica A 
temperatura média na qual o calor é transferido ao fluido na caldeira também aumenta a 
pressão e o conteúdo de umidade, também, pode ser resolvido por intermédio do 
reaquecimento do vapor, ou seja, superaquecer o vapor antes dele entrar na turbina com 
limitações, expandir o vapor em dois estágios e depois reaquecê-lo entre eles. 
3 Superaquecimento do vapor na caldeira no aumento da eficiência térmica. Isso pode ser 
explicado, pelo fato da elevação da temperatura média na qual o calor é transferido ao vapor, 
o conteúdo de umidade do vapor na saída da turbina diminui, aumenta o título do vapor na 
descarga da turbina. e a temperatura na qual o vapor poderá ser aquecido é limitada. por isso 
é necessário o desenvolvimento de novos materiais. 
 ALTERNATIVA RESUMIDA 
Existem três maneiras de aumentar a eficiência térmica de um ciclo de Rankine: 
1. Reduzindo a pressão na seção de descarga da turbina. 
2. Aumentando a pressão no fornecimento de calor na caldeira. 
3. Superaquecendo o vapor na caldeira. 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
As usinas termelétricas geram eletricidade a partir de turbinas movidas a vapor. O ciclo de 
Rankine é um ciclo termodinâmico ideal que pode ser utilizado para modelar, de forma 
simplificada, uma usina termelétrica. A figura abaixo mostra de forma esquemática os 
elementos básicos de um ciclo de Rankine simples ideal. 
 
Considerando que algumas usinas termelétricas que utilizam turbinas a vapor podem ser 
encontradas próximas a grandes reservatórios de água, como rios e lagos, analise as seguintes 
afirmações: 
I. O ciclo de Rankine simples mostrado na figura não prevê a reutilização da energia que é 
rejeitada no condensador e, por isso, tem um rendimento comparável ao de um ciclo de Carnot 
que opera entre as mesmas temperaturas. 
II. Historicamente, a instalação de algumas usinas próximas de grandes rios se dá devido à 
necessidade de remover calor do ciclo, por intermédio da transferência de calor que ocorre no 
condensador, porém com implicações ao meio ambiente. 
III. Em usinas que utilizam combustíveis fósseis, o vapor gerado na caldeira é contaminado pelos 
gases da combustão e não é reaproveitado no ciclo, sendo mais econômico rejeitá-lo, causando 
impacto ambiental. 
IV. Entre as termelétricas, as usinas nucleares são as únicas que não causam impacto ambiental, 
exceto pela necessidade de se armazenar o lixo nuclear gerado. 
É correto o que se afirma em: 
 II apenas 
 
 
 
 
 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
A Termodinâmica é a área que se dedica ao estudo das transformações de energia. O 
entendimento da primeira lei da Termodinâmica envolve a compreensão de algumas formas de 
energia, tais como calor e trabalho. 
A respeito da primeira Lei da Termodinâmica, avalie as afirmações a seguir: 
I. A energia interna permanece constante independente de qual seja o sistema de estudo. 
II. A variação de energia interna de um sistema fechado é igual à energia transferida como calor 
ou trabalho através de suas fronteiras. 
III. Para processos adiabáticos, a variação da energia interna está associada ao trabalho realizado 
pelo sistema ou sobre o sistema. 
IV. Em um processo de expansão livre em que não há trocas de calor com a vizinhança, a energia 
interna do sistema diminui. 
 
É correto o que se afirma em: 
Escolha uma opção: 
 II e III. 
 
Calor é energia térmica em trânsito. A propagação de calor está sempre ocorrendo a nossa volta. 
Ao abrirmos a geladeira, colocarmos gelo em um refrigerante, ao andarmos pelas ruas, ao 
estarmos em um local refrigerado. A propagação de calor entre dois corpos, isolados 
termicamente do ambiente externo, se fará do corpo com: 
maior energia térmica para o corpo de menor energia térmica, até que se atinja o equilíbrio 
térmico, sendo a quantidade de calor recebida por um dos corpos igual a que foi transmitida 
pelo outro. 
 
Analise as seguintes afirmativas a respeito dos tipos de transformações ou mudanças de estado 
de um gás. 
I. Em uma transformação isocórica o volume do gás permanece constante. 
II. Em uma transformação isobárica a pressão do gás permanece constante. 
III. Em uma transformação isotérmica a temperatura do gás permanece constante. 
IV. Em uma transformação adiabática variam o volume, a pressão e a temperatura. 
Com a relação às quatro afirmativas, podemos dizer que 
Escolha uma: 
I, II, III e IV são verdadeiras. 
 
 
 
 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
Considere os sistemas: 
I. Café em uma garrafa térmica de ótima qualidade 
II. Líquido refrigerante na serpentina da geladeira 
III. Gasolina queimando em um motor de carro 
IV. Planta viva 
Podemos Considerar como fechado: 
Apenas a II. 
 
Qual o volume de água vapor, utilizando o modelo de gás ideal, nas condições de P = 1 bar e T = 
500°C? E qual o erro percentual quando comparado aos valores das tabelas de vapor? 
3,571047 m3/kg e 0,156% 
 
Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado no diagrama T-S da figura. 
 
Pode-se afirmar que: 
o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T₂ – T₁)(S₂ – S₁). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TERMODINAMICA QUESTÕES DE ESTUDO 
 
Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo está 
esquematizado no diagrama pressão x volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, 
duas das quais são adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, 
com a injeção do combustível no final. 
 
 
RESPOSTA OBJETIVA: 
B -> C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a 
temperatura se eleva. 
 
RESPOSTA SE FOR DISSERTATIVA: 
No gráfico, as transformações adiabáticas (sem troca de calor) podem ser identificadas por 
uma curva. Logo, A para B e C para D não possuem troca de calor. Olhando para a primeira lei 
da termodinâmica e para o trabalho aplicado por um gás: 
Q = W + ΔU 
W = P . ΔV 
Para termos uma troca de calor, teremos a execução de trabalho e o aumento de energia 
interna (aumento de temperatura). Isso pode ser visualizado no processo B para C e D para A 
(Com isso, já dá para marcar um gabarito). Mas qual dos 2 oferece uma absorção de calor?. 
Olhando para o processo de B para C, notamos que ocorre trabalho positivo (variação do 
volume positiva) e, se analisarmos a Lei geral dos gases para um caso de um processo isobárico 
vemos que uma variação de volume em B gera um aumento de temperatura em B. Mas como 
um aumento de volume a pressão constante faz com que o gás tenha um aumento de 
temperatura? Isso ocorre por que o sistema injeta calor nesse processo, para que ocorra a 
variação da energia interna.