Questões de Concurso sobre Termodinâmica

Diferentes aplicações de transferência de calor requerem tipos de dispositivos e configurações de equipamentos de transferência de calor. O tipo mais simples de trocador de calor é constituído por dois tubos concêntricos de diferentes diâmetros, chamado trocador de tubo duplo. Um fluido no trocador de calor de tubo duplo escoa através do tubo menor, enquanto o outro escoa através do espaço anular entre os dois tubos. Dois tipos de arranjo de escoamento são possíveis no trocador de calor de tubo duplo: o escoamento paralelo e o escoamento contracorrente.

Avalie as afirmativas que descrevem as características do trocador de calor de tubo duplo com escoamento contracorrente:

I. Os fluidos quente e frio entram no trocador de calor em extremos opostos e escoam em direção opostas.

II. A temperatura de saída do fluido frio pode exceder a temperatura de saída do fluido quente.

III. Em caso limite, o fluido frio será aquecido até a temperatura de entrada do fluido quente.

IV. A temperatura de saída do fluido frio pode exceder a temperatura de entrada do fluido quente.

Assinale a alternativa que descrevem características VERDADEIRAS do trocador de calor de tubo duplo com escoamento contracorrente:

“Em regime estacionário, o fluxo de calor por condução num material homogêneo é diretamente proporcional à área da seção transversal atravessada pelo calor e à diferença de temperatura entre os extremos, e inversamente proporcional à espessura da camada considerada.” (Ramalho Junior, 2009, p.129)

O enunciado acima diz respeito à:

Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de uma substância para partículas vizinhas adjacentes menos energéticas, como resultado da interação entre elas. A condução pode ocorrer em sólidos, líquidos ou gases e a sua taxa de transferência de calor é definida pela equação da figura abaixo. Em líquidos e gases, a condução deve-se às colisões das moléculas em seus movimentos aleatórios. Nos sólidos, ela acontece por causa da combinação das vibrações das moléculas em rede, e a energia é transportada por elétrons livres.

Considerando a condução de calor em regime permanente através de uma grande parede de espessura ∆𝑥 = 𝐿 e área 𝐴 e a equação da taxa de condução de calor, assinale a alternativa CORRETA:

A respeito das transformações gasosas, relacione a 1ª coluna com a 2ª.

Assinale a opção cuja associação entre as colunas esteja correta.

O momento angular do rotor em relação ao seu eixo de rotação é de 0,1 kg$\cdot$ m² /s.

Determine a massa de ar contida numa sala de 3 m x 10 m x 3 m quando a pressão e a temperatura forem iguais a 100 kPa e 27 ºC, admitindo que o ar se comporta como um gás perfeito e R = 0,3 kN.m/kg.K e assinale a opção correta.

Uma máquina térmica recebe 520 kJ de calor por ciclo de uma fonte a 287 °C e rejeita calor para um dissipador a 7 °C em quantidades hipotéticas de: (A) 390 kJ por ciclo; (B) 260 kJ por ciclo e (C) 160 kJ por ciclo.

Considerando essas três hipóteses, assinale a opção correta.

Qual das alternativas a seguir NÃO é uma lei da termodinâmica?

Em um ciclo Rankine ideal, o calor é adicionado ao fluido de trabalho em um processo de aquecimento isobárico e removido em um processo de resfriamento isotérmico.

A convecção natural é um processo de transferência de calor que ocorre em um fluido devido a gradientes de massa específica causados por gradientes de temperatura.

A Termodinâmica foi criada em 1824, por Sardi Carnot, que publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", onde trouxe as relações energéticas básicas entre a Máquina de Carnot, o Ciclo de Carnot e a Potência Motriz. Antes disso, Joseph Black fundou a ciência da calorimetria, ramo da termologia responsável pelo estudo das trocas de energia térmicas entre os corpos. Esse ramo da física se desenvolveu durante a Revolução Industrial, com o objetivo de desenvolver máquinas a vapor mais eficientes. As Quatro Leis da Termodinâmica estudam os sistemas em que há trocas de energia e como esse calor altera os estados de temperatura, pressão e volume em um processo físico. Dentre as quatro, aquela que está associada ao experimento de Joule, conforme ilustrado, está corretamente apresentada apenas em:

O poder calorífico de uma substância é a quantidade de calor liberada por unidade de massa dessa substância quando queimado completamente em uma determinada temperatura (usualmente 18°C ou 25°C), sendo os produtos da queima resfriados até a temperatura inicial da mistura combustível. Os combustíveis usados nos motores de combustão podem ser comparados por meio do Poder Calorífico Inferior (PCI) que possuem. Com relação ao PCI, marque a opção correta.

As leis da termodinâmica são fundamentais para a compreensão de processos energéticos em sistemas físicos e químicos. Sobre as leis da termodinâmica, considere as seguintes afirmativas:

I. A entropia de um sistema isolado nunca diminui; em processos irreversíveis, a entropia total do sistema e do ambiente sempre aumenta.

II. A energia total de um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo, podendo apenas se transformar de uma forma em outra.

III. Em um ciclo termodinâmico completo, a quantidade de calor absorvida pelo sistema é sempre igual à quantidade de trabalho realizado pelo sistema.

IV. A eficiência de um motor térmico pode ser aumentada indefinidamente através de melhorias no design e na tecnologia.

Assinale a alternativa CORRETA:

As máquinas térmicas são dispositivos cíclicos, cujo objetivo é converter a maior quantidade possível de calor em trabalho. Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 400 J de calor de um reservatório quente, realiza trabalho e libera 250 J para um reservatório frio. Qual o rendimento da máquina térmica?

O ponto de ebulição da água é de:

A velocidade angular de precessão do giroscópio é 2 rad/s.

Como em um volume de controle fechado não há alteração do número de mols de um determinado gás, as transformações sofridas por um gás ideal serão dependentes de pressão, volume do recipiente e de sua temperatura. Considere um caso em que, a partir de uma dada condição inicial, a pressão do gás seja duplicada e o volume do recipiente aumentado em 50%.

Nessas condições, em relação aos valores iniciais, a temperatura do gás

A determinação das taxas de transferência de calor de um sistema e, consequentemente, o tempo de aquecimento ou resfriamento e a variação de temperatura são os objetivos da transferência de calor. A termodinâmica trabalha com estados termodinâmicos em equilíbrio e transformações de um estado de equilíbrio para outro. A transferência de calor, por sua vez, trabalha com sistemas que não estão em equilíbrio térmico, pois são fenômenos de não equilíbrio termodinâmico. O estudo da transferência de calor não pode ser baseado apenas nos princípios da termodinâmica. A primeira lei estabelece que a taxa de energia transferida para um sistema deve ser igual à taxa de crescimento de sua energia.

Considerando o texto apresentado, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.

I. Quanto maior o gradiente de temperatura, maior a taxa de transferência de calor.

PORQUE

II. A taxa de calor transferido deve ser na direção da maior temperatura.

A respeito dessas asserções, assinale a opção CORRETA.

Para um gás submetido a um processo adiabático reversível, o trabalho realizado pelo gás é zero.

Em um ciclo Rankine ideal, o sistema que executa o ciclo passa por uma série de quatro processos, sendo dois processos isocóricos e dois processos isobáricos, alternados.