Questões de Concurso sobre Termodinâmica

Durante um processo de aquecimento, uma chapa de metal com área de superfície de 0,5 m² é aquecida a uma temperatura de 200°C. Se a chapa é exposta a um ambiente com temperatura constante de 50°C e o coeficiente de transferência de calor convectivo é de 100 W/m²K, qual é a taxa de transferência de calor da chapa para o ambiente?

Na medição da temperatura do fluido com um termopar, a variação de temperatura determinada é proporcional à alteração da resistência à passagem de corrente elétrica por dois fios metálicos diferentes.

A convecção pode ser classificada como convecção natural (ou livre) ou forçada, dependendo de como o movimento do fluido é iniciado. Na convecção forçada, o fluido é forçado a escoar sobre a superfície ou dentro de um tubo por meios externos, como bomba ou ventilador. Na convecção natural, qualquer movimento do fluido é causado por meios naturais, como o efeito empuxo, que se manifesta com fluidos quentes subindo e fluidos frios descendo. A experiência mostra que a transferência de calor por convecção depende fortemente das propriedades do fluido, como viscosidade dinâmica, condutividade térmica, densidade e calor específico, assim como da velocidade do fluido. Ela também depende da geometria e da rugosidade da superfície sólida, além do tipo de escoamento do fluido (modo laminar ou turbulento).

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

I. Todas as observações experimentais indicam que a temperatura do fluido é maior próximo à superfície do que nas camadas adjacentes do fluido.

PORQUE

II. O fluido, em contato direto com um sólido, “adere” à superfície por causa dos efeitos viscosos, atingindo repouso completo na superfície, onde não há escorregamento.

A respeito dessas asserções, assinale a opção CORRETA.

O diagrama, pressão-volume abaixo apresenta o ciclo de um gás ideal que opera segundo uma máquina de Carnot.

De acordo com o diagrama e os conceitos do ciclo de Carnot, é correto afirmar que no processo:

Um forno industrial possui uma parede de 20cm de espessura, e temperaturas interna e externa de 1800 e 1200 graus Kelvin, respectivamente.

Sabendo-se, ao longo de duas horas, perdeu-se uma quantidade de 9,6kWh de calor por condução para cada metro quadrado dessa parede, a condutividade térmica do material da parede, em W/(m.K), vale

Considerando a segunda lei da termodinâmica aplicada a um motor térmico, é correto afirmar.

O princípio de conservação de massa nos fornece a seguinte equação para o volume de controle (𝑉𝐶), superfície de controle (𝑆𝐶) e com integração no volume (𝑑𝑉). Considere agora um tanque de volume 0,07m³ , contendo ar a pressão absoluta de 700 kPa e a temperatura de 290K. No instante inicial o ar começa a escapar a uma velocidade de 250m/s por um orifício de 60 mm².

Considerando que a massa específica do ar no exterior do tanque é 7kg/m³, o módulo da taxa instantânea de variação da massa específica do ar |𝜕𝜌/𝜕𝑡| dentro do tanque é:

Os pontos de fusão e ebulição da água na escala Celsius são, respectivamente, iguais a 0 °C e 100 °C; na escala Fahrenheit, são, respectivamente, iguais a 32 °F e 212 °F.

Desenvolvida por Rudolf Clausius, a Segunda Lei da Termodinâmica estabelece condições para que as transformações termodinâmicas ocorram. Ela diz que para um sistema realizar conversões de calor em trabalho, ele precisa realizar ciclos entres fontes de calor quente e fria de forma sucessiva. Assim, ocorre a transformação de calor em trabalho por um processo cíclico. Essa lei se baseia em três enunciados específicos, sendo o de Kelvin o corretamente apresentado apenas em:

Para resguardar a integridade de um sensor eletrônico de um fluxo de calor externo da ordem de 100 W/cm² , um projetista optou por encapsulá-lo com um escudo térmico ablativo com espessura de 2 cm. A estimativa do fluxo térmico interno para o sensor é de 0,2 W/cm² . O material ablativo tem massa específica igual a 1.200 kg/m³ e entalpia de vaporização de 200 kJ/kg.

Com base na situação apresentada, é correto afirmar que o tempo de resistência do escudo térmico, mantidas as condições operacionais elencadas, será de até

Um trocador de calor é um dispositivo construído para transferir energia térmica de um fluido para outro. Com relação ao projeto de trocadores e considerando LMTD como a diferença de temperatura média logarítmica e NTU como o número de unidades de transferência, assinale a opção correta.

Para medir a temperatura de um fluido em um ambiente de alta pressão e alta temperatura (acima de 1000°C), assinale a alternativa que apresenta o instrumento mais adequado.

Mesmo no vácuo, onde não há partículas, a transferência de calor ainda pode acontecer, garantindo assim que a energia térmica se propague. Nesse sentido, a propagação de calor no vácuo ocorre por:

As figuras a seguir apresentam dois ciclos termodinâmicos ideais, baseando-se em diagramas T-s.

(a)

(b)

Os ciclos (a) e (b) são utilizados para descrever o funcionamento de, respectivamente,

Uma máquina térmica cíclica reversível opera entre dois reservatórios térmicos, um quente, com temperatura de 1000 K e um frio, com temperatura de 300 K. Com base nessas informações, qual é a eficiência máxima dessa máquina?

A energia interna de um gás é resultado de trocas de calor e de trabalho realizado. Dentre as transformações termodinâmicas que um gás pode sofrer, uma delas é a adiabática.

Sobre este tipo de transformação, assinale a afirmativa correta.

Considerando-se que uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, com temperaturas de 500 ºC e 100 ºC, respectivamente, então é correto afirmar que a eficiência de Carnot dessa máquina é de 80%.

A primeira lei da termodinâmica relaciona a energia interna com o calor trocado pelo fluido e o trabalho sobre ele executado. Sobre essa lei, analise os itens a seguir.

I. Pode ser utilizada para explicar o princípio de funcionamento de uma máquina perpétua.

II. Mostra que a variação da energia interna deve ser convertida integralmente em calor ou trabalho.

III. Pode ser utilizada para demonstrar que a entropia de um sistema não tende a zero quando a temperatura absoluta tende para zero.

Está correto o que se afirma em

Duas barras metálicas isoladas, A e B, cada uma com 6,0 cm de comprimento e seção quadrada de 2,0 cm de lado, estão calçadas entre duas paredes; uma mantida a 90 °C e a outra a 0°C, conforme desenho a seguir. Sendo k a condutividade térmica, determine a corrente térmica total por meio da combinação das duas barras.

Dados:

kA = 300 W/m.K

kB = 375 W/m.K

Fonte: IFSP, 2024.

A figura a seguir mostra o gráfico de uma transformação gasosa:

A grandeza que se mantém constante na transformação mostrada no gráfico acima é a: