Questões de Concurso sobre Termodinâmica

Examine a figura abaixo.

Um equipamento é preenchido com nitrogênio à temperatura T₁ e pressão p₁ para proteger os componentes eletrônicos em seu interior. Esse equipamento pode ser considerado como um recipiente rígido, fechado com uma tampa de área A. Essa fixação é capaz de suportar, no máximo, uma força de módulo F. Durante a operação, o gás sofre aumento de temperatura. Considerando que nesse processo o nitrogênio se comporta como gás ideal, assinale a opção que apresenta a temperatura máxima que o gás pode atingir sem que a fixação da tampa se rompa.

Determine a taxa de fluxo de calor através de uma placa plana de 1,5 m² e espessura de 100 mm, quando a temperatura de um lado é de 80°C e, do outro lado, é a temperatura ambiente de 25°C. Considere a condutividade de 0,23 W/mK.

Correlacione as leis da termodinâmica às suas definições e assinale a opção correta.

LEIS DA TERMODINÂMICA

I- 1ª

II- 2ª

DEFINIÇÕES

( ) “É impossível construir um dispositivo que opere num ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso e troca de calor com um único reservatório térmico”. (enunciado de Kelvin-Planck)

( ) A variação de toda a energia de um sistema entre os estados inicial “1" e final “2”, isto é, E₂ — E₁, é igual ao calor transferido para o sistema durante o processo Q₁₂ subtraído do trabalho realizado pelo sistema durante o processo W₁₂ Em termos matemáticos, considerando trabalho realizado pelo sistema positivo: E₂ — E₁ = Q₁₂ — W₁₂ .

( ) “É impossível construir um dispositivo que opere, segundo um ciclo, e que não produza outros efeitos, além da transferência de calor de um corpo frio para um corpo quente”. (enunciado de Clausius)

Examine a figura abaixo.

Um militar que trabalha em um navio da Marinha do Brasil afirma ter desenvolvido a “máquina perfeita”, esquematizada no diagrama acima. Segundo ele, por meio dessa máquina é possível reduzir a temperatura do ambiente da Praça de Máquinas (ambiente frio) e, ao mesmo tempo, elevar a temperatura de entrada da água da caldeira (ambiente quente). A máquina atuaria por meio do trabalho realizado pelo compressor W_ent e, de maneira simultânea, serviria como um refrigerador, retirando calor Q_L da Praça de Máquinas, e como uma bomba de calor, cedendo calor Q_H para a entrada de água da caldeira. Sabe-se que na função bomba de calor, o coeficiente de performance COP_B = Q_H/W_ent da máquina é igual a 4. Considerando que não há atrito na máquina e que não há transferência de calor entre ela e a vizinhança, qual é o trabalho realizado pelo compressor considerando que Q_L = 9kJ?

Uma parede composta por alvenaria, argamassa, gesso e enchimento de poliuretano é ilustrada abaixo.

A temperatura da face interna da parede (argamassa e do gesso) é 21,2 °C. A temperatura da face externa da parede (argamassa e do gesso) é 5,0 °C. Dados: altura da fileira de tijolos 1,00 m; a de gesso 2,00 m; a espessura da placa de gesso é 12,5 mm; a da argamassa 10,0 mm e a de tijolo 15 cm. As condutividades térmicas são respectivamente: Tijolo 0,80 W/m K; gesso 0,50 W/m K; argamassa 0,65 W/m K; Poliuretano 0,03625 W/m K. Nessas condições, a taxa de calor por unidade de comprimento de parede que atravessa o trecho constituído por gesso e poliuretano é, em W,

A primeira lei da termodinâmica fornece um meio para realizar o balanço de energia. O balanço de energia leva em conta as transferências de calor e de trabalho.

A esse respeito, relacione as colunas e assinale a alternativa com a sequência correta.

1. Transferência de calor.

2. Transferência de trabalho.

( ) Em um gerador de vapor, a combustão fornece energia para a vaporização do fluido de trabalho.

( ) Em um ciclo Rankine, a energia mecânica pode ser usada por meio do eixo de uma turbina.

( ) Coletores solares utilizam a energia proveniente do sol para aquecimento de água.

( ) Aparelhos de ar condicionado utilizam energia mecânica para comprimir um gás refrigerante.

A entropia (S), definida como o número de microestados (W) possíveis que correspondem a determinado estado macroscópico de um sistema, é dada por $S=k.\ln \left(W\right)$, em que k representa a constante de Boltzmann

Considere duas máquinas térmicas de Carnot. A primeira, máquina térmica A, opera entre as temperaturas T1 e T2 (T1 > T2). A segunda, máquina térmica B, opera entre as temperaturas T1 + DeltaT e T2 + DeltaT, onde DeltaT > 0.

Nesta condição, constata-se que a(s)

Duas placas de aço finas com a mesma área superficial são colocadas lado a lado e expostas ao sol. Dessa forma, ambas recebem a mesma irradiação solar. A superfície exposta ao sol de uma das placas é pintada com tinta preta com emissividade de radiação 0,98. A superfície exposta ao sol da outra placa é pintada com tinta branca com emissividade de radiação 0,2. Assuma que ambas as superfícies pintadas se comportem como opacas, difusas e cinzas e estejam limpas. Em condições de regime permanente, analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta.

I. A superfície coberta com tinta preta transmitirá uma maior quantidade de radiação em relação à superfície pintada com tinta branca.

II. A superfície coberta com tinta branca refletirá uma maior quantidade de radiação em relação à superfície pintada com tinta preta.

III. A superfície coberta com tinta preta emitirá uma maior quantidade de radiação em relação à superfície pintada com tinta branca.

IV. A superfície coberta com tinta preta absorverá uma maior quantidade de radiação em relação à superfície pintada com tinta branca.

V. Em ambas as superfícies, considerando todos os mecanismos de transferência de calor, a taxa de transferência de calor líquida na superfície é igual à taxa de transferência de calor através do material das placas.

Um tubo de parede grossa de aço possui 40 cm de diâmetro externo e espessura de 5 cm. Esse duto é coberto com uma camada de isolamento com espessura de 4 cm. Admitindo que os coeficientes de condução térmica do aço e do material isolante valem, respectivamente, 20 W/m°C e 0,2 W/m°C e que a superfície interna do duto é mantida a 287°C e a superfície externa do isolamento se encontra a 84°C, a perda de calor por metro ao longo do tubo é de:

Dados:

1. ln(2) = 0.7; ln(3) = 1.1; ln(5) = 1.6
2. π = 3

Quanto mais irreversibilidade está associada a uma mudança de estado, mais trabalho será realizado.

Com relação a conceitos e definições da termodinâmica, marque a alternativa CORRETA:

Com relação aos estados e propriedades termodinâmicas, analise as afirmativas a seguir.

I. A temperatura e o volume específico são propriedades independentes, e a pressão pode ser determinada em função dessas duas.

II. A entalpia é obtida pela soma da Energia Interna e do produto da pressão pelo volume.

III. Um estado crítico é aquele no qual os limites de fase desaparecem.

Está correto o que se afirma em

Nos sistemas de AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar-Condicionado) são usados trocadores de calor para transferir calor de um fluxo de fluido para outro. Dependendo dos fluidos envolvidos e da aplicação, são empregados diferentes tipos de trocadores. A serpentina é um duto geralmente com aletas, onde o líquido que troca calor circula em seu interior. Em uma serpentina de aquecimento, quer a condensação de vapor quer a água quente aquecem a corrente de ar. Serpentinas de resfriamento têm no interior dos tubos que resfriam o ar, ou água gelada, ou um refrigerante que evapora. Condensadores resfriados a ar transferem calor do refrigerante no interior dos tubos para o ar ambiente que flui sobre a serpentina para condensar o vapor refrigerante. As serpentinas de resfriamento não só resfriam, mas também desumidificam o fluxo de ar. A energia associada à redução da temperatura do fluxo de ar é denominada ______. Adicionalmente, a umidade existente no fluxo de ar pode condensar sobre as superfícies do trocador de calor. Há um fluxo de energia de condensação denominado ______. A energia total transferida do fluxo de ar é a soma das energias destes fluxos.

Assinale a alternativa que preencha correta e respectivamente as lacunas.

Dentre as alternativas a seguir, a que expressa corretamente o diagrama PVT do ciclo de Carnot é

Para a análise termodinâmica de um sistema térmico, uma expansão é representada por um processo isocórico. Assinale a alternativa que apresenta uma característica típica durante esse processo:

Considere que uma máquina térmica recebe 520 kJ de calor por ciclo de uma fonte a 281 °C e rejeita calor para um dissipador a 4 °C nas seguintes quantidades hipotéticas: 390 kJ; 260kJ; e 156 kJ. Nessas condições, o processo, em cada caso, é respectivamente: ciclo irreversível; ciclo reversível; e ciclo impossível.

O gráfico a seguir mostra como varia o trabalho líquido referente ao ciclo termodinâmico de um sistema turbina-compressor, em função da taxa de compressão r_v:, onde T₃ e T₁ correspondem à máxima e mínima temperatura do ciclo, respectivamente.

Fonte: “Aplicações da Termodinâmica, USP”

Considerando a situação em que T₃= 240^oC e T₁= 80^oC, o máximo valor de trabalho líquido ocorrerá para uma taxa de compressão em torno de

Uma máquina de condicionamento de ar deve ser utilizada para manter um ambiente a 27°C. A carga térmica a ser removida desse ambiente é igual a 5 kW. Sabendo que o ambiente externo está a 30°C, estime a potência necessária para acionar o equipamento, admitindo que o equipamento seja um refrigerador que opera segundo um ciclo de Carnal e assinale a opção correta.

Suponha que o perfil de temperatura em um elemento combustível no formato de um anel (raio interno = 0,01m e raio externo = 0,10 m) é indicado pela seguinte expressão:

T(r) = - 800 $\times$ r² + 64 $\times$ r +100

O ponto de máxima temperatura, em m, é