4a. Lista de exercícios TF

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Curso: Engenharia Química 
Disciplina: Termodinâmica Física 
Profa. Dra. Isabel C. N. Debien 
 
4ª Lista de Exercícios 
 
1) Um tanque isolado (V=1,6628 L) é dividido em duas partes iguais por uma partição delgada. Na 
esquerda existe um gás ideal a 100 kPa e 500 K; e na direita vácuo. Ocorre o rompimento da partição, 
com uma ruidosa explosão. 
a) Qual é a temperatura final do tanque? (Resposta: 500 K) 
b) Qual é a variação da entropia (∆𝑆𝑢𝑛𝑖𝑣) para o processo? (Resposta: 5,76 J/mol.K) 
 
 
2) Considere um sistema isolado contendo dois blocos de cobre com a mesma massa. Um bloco está 
inicialmente a 0 °C enquanto o outro está a 100 °C. Os dois corpos são postos em contato para 
permitir que o equilíbrio térmico seja atingido. Qual é a variação da entropia do sistema durante esse 
processo? Sabe-se que a capacidade calorífica do cobre é:𝑐𝑃 = 24,5 𝐽 𝑚𝑜𝑙𝐾⁄ . (Resposta: 0,30 
J/mol.K) 
 
 
3) Vapor d’água superaquecido a uma pressão de 200 bar, à temperatura de 500 °C e uma vazão 
mássica de 10 kg/s, é levado a um estado saturado a 100 bar quando misturado com um fluxo de 
água líquida a 20 °C e 100 bar. A vazão mássica da água líquida é de 1,95 kg/s. Qual é a entropia 
gerada durante o processo? (Resposta: 5,11 kJ/s.K) 
 
 
4) Uma turbina a vapor, em uma pequena instalação de geração de energia elétrica foi desenhada para 
operar com alimentação de vapor de 4500 kg/h a 60 bar e 500 °C e descarga de vapor a 10 bar. 
Assumindo que a turbina é adiabática e que foi bem projetada (�̇�𝑔𝑒𝑟 = 0), calcule: 
a) A temperatura do vapor de descarga e a energia gerada pela turbina; (Resposta: 241 °C; - 2,25 x 106 
kJ/h) 
b) A eficiência da turbina é definida como a razão entre o trabalho produzido e o trabalho que seria 
obtido caso a turbina operasse isoentropicamente, entre as mesmas pressões de alimentação e 
descarga. Se a turbina do item a tiver eficiência de 80 %, qual seria a temperatura do vapor de 
descarga? Qual seria a taxa de geração de entropia para esse caso? (Resposta: 285 °C; 900 kJ/h.K) 
c) Em horários fora dos picos de consumo, a geração de energia da turbina do item a é diminuída 
empregando-se uma válvula de expansão que reduz a pressão do vapor de alimentação da turbina 
para 30 bar. Calcule a temperatura do vapor de alimentação, temperatura do vapor de descarga e a 
energia gerada para esse caso. (Resposta:485 °C; 320 °C; - 1,44 x 106 kJ/h) 
 
5) Um dispositivo constituído de um pistão-cilindro contém 0,50 m3 de um gás ideal, inicialmente a 150 
kPa e 20 °C. O gás é submetido a uma pressão externa de 400 kPa e comprimido em um processo 
isotérmico. Admita que as vizinhanças estão a 20 °C. Considere cP=2,5 R e admita a validade do 
modelo de gás ideal. 
a) Determine a quantidade de calor, em kJ, transferida durante o processo; (Resposta: - 125) 
b) Qual a variação da entropia do sistema, das vizinhanças e do universo? (Resposta: -0,25; 0,43; 
0,18) 
c) O processo é reversível, irreversível ou impossível? Justifique sua resposta. (Irreversível)