Exercícios de Termodinâmica para Engenharia Química

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FACULDADE DE QUÍMICA – CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
DISCIPLINA DE TERMODINÂMICA PARA ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Lista de Exercícios – TB 01 
 
Nome:____________________________________________________ RA:______________ 
Nome:____________________________________________________ RA:______________ 
Nome:____________________________________________________ RA:______________ 
 
Profª. Betânia Hoss Lunelli Data de Entrega: 04/12/2017 
 
1. Vapor de água entra em um bocal convergente-divergente que opera em regime permanente com 
P1 = 40 bar, T1 = 400 °C e uma velocidade de 10 m/s. O vapor escoa através do bocal sem transferência de 
calor e sem nenhuma variação significativa da energia potencial. Na saída, P2 = 15 bar e a velocidade é de 
665 m/s. A vazão mássica é de 2 kg/s. Determine a área de saída do bocal em m2. 
2. Uma máquina térmica absorve 52 kcal de calor e rejeita 36 kcal de calor em cada ciclo. Calcule: (a) A 
eficiência; (b) O trabalho realizado em quilocalorias por ciclo. 
3. Num ciclo de Carnot, a expansão isotérmica de um gás ideal acontece a 400 K e a compressão isotérmica 
a 300 K. Durante a expansão, 500 cal de calor são transferidas pelo gás. Calcule (a) o trabalho realizado 
pelo gás durante a expansão isotérmica; (b) o calor rejeitado pelo gás durante a compressão isotérmica e 
(c) o trabalho realizado pelo gás durante a compressão isotérmica. 
4. Considere um dispositivo com uma entrada e uma saída. Se as vazões volumétricas na entrada e na saída 
são iguais, o escoamento por esse dispositivo acontecerá necessariamente em regime permanente? Por quê? 
5. É possível que a variação da entropia de um sistema fechado seja igual a zero durante um processo 
irreversível? Explique. 
6. Uma amostra de 2,5 moles de um gás ideal se expande reversível e isotermicamente a 360 K até que o 
seu volume seja dobrado. Qual o aumento de entropia do gás? 
7. Ar se expande em uma turbina de 10 bar, 900 K até 1 bar e 500 K. A velocidade na entrada é pequena, 
comparada com a velocidade na saída, cujo valor é 100 m/s. A turbina opera em regime permanente e desenvolve 
uma potência de 3200 W. A transferência de calor entre a turbina e a vizinhança, juntamente com os efeitos da 
energia potencial, é desprezível. Calcule a vazão mássica do ar, em kg/s, bem como a área na saída, em m2. 
8. Indique se as afirmativas abaixo são verdadeiras ou falsas. Justifique as alternativas indicadas como 
falsas. 
( ) A variação de entropia de um sistema fechado é a mesma para todos os processos entre dois estados 
especificados. 
( ) A energia interna e a entalpia específicas de um gás ideal são funções exclusivamente da temperatura, 
mas sua entropia específica depende de duas propriedades intensivas independentes. 
( ) A entropia de uma quantidade fixa de uma substância incompressível aumenta em todo processo no 
qual a temperatura diminui. 
( ) A entropia de uma quantidade fixa de um gás ideal aumenta em toda a compressão isotérmica. 
( ) Entropia é gerada em todo o processo internamente reversível de um sistema fechado. 
9. O motor apresentado na figura a seguir, opera entre os dois reservatórios mostrados, produzindo 120 kW 
de potência e 20 kJ/s de calor rejeitado. A eficiência da máquina é mais próxima de: 
 (A) 33 % (B) 67 % (C) 85 % (D) 70 % 
 
 
10. Certa máquina térmica, que opera segundo o Ciclo de Carnot, recebe 40 kJ de calor da fonte quente. 
As etapas do ciclo, todas elas reversíveis, estão representadas no gráfico abaixo. 
 
Etapa I  II isotérmica a temperatura T1 = 1.000 K 
Etapa II  III adiabática desde 1.000 K até 200 K 
Etapa III  IV isotérmica a temperatura T2 = 200 K 
Etapa IV  I adiabática desde 200 K até 1.000 K 
Determine a variação de entropia, em J/K, na etapa III IV. 
Dados:  = 1 − (
𝑇2
𝑇1
); T2 é a temperatura da fonte fria e T1 é a temperatura da fonte quente.