Termodinâmica

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Atividade I
1- (Adaptado de Çengel e Boles, 2013) A pressão atmosférica em Denver nos Estados
Unidos é de 83,4 kPa. Desta forma, assinale a alternativa que apresenta a temperatura na
qual ferve a água dentro de uma panela destampada em Denver.
d.x 94,6 °C.
2- (Adaptado de Moran et al., 2013) Vapor de água é aquecido em um tanque rígido
fechado de vapor saturado a 160 °C a uma temperatura final de 400 °C. Determine as
pressões inicial e final, em bar.
c.P_1=6,178 bar e P_2=9,99 bar.
3- A pressão absoluta dentro da câmera de ar de um pneu deve ser de 43 psi. Sabendo que
a pressão atmosférica local é de 101,325 kPa, assinale a alternativa que apresenta a
pressão manométrica adequada neste caso.
a.x 28,30 psi.
4- Assinale a alternativa que apresente o título da água, sabendo que o volume específico é
de 10 m3/kg e a pressão de 10 kPa.
d.x 68 %.
5- Avalie as afirmações a seguir com base nas misturas de: água líquida com gelo e gás
oxigênio com gás nitrogênio. I - A mistura de água líquida e gelo pode ser considerada uma
substância pura com uma única fase. II - A mistura do gás oxigênio com o nitrogênio é uma
substância pura que apresenta uma única fase. III - A mistura de água líquida e gelo é uma
substância pura que apresenta duas fases. IV - A mistura do gás oxigênio com o nitrogênio
não é uma substância pura e apresenta uma única fase. Assinale a alternativa correta.
c.x Apenas III e IV são corretas.
6- Com base em seus conhecimentos a respeito de sistemas termodinâmicos, avalie as
afirmações a seguir. I - Em um sistema fechado a quantidade de matéria é fixa. II - Em um
sistema aberto, também conhecido como volume de controle, massa pode entrar ou sair da
fronteira do sistema. III - Em sistemas fechados, nenhuma forma de energia pode
atravessar a fronteira do sistema. Assinale a alternativa correta.
d.x Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
7- Na maioria dos equipamentos reais presentes na indústria há fluxo de matéria
atravessando a fronteira do sistema. Como exemplos de sistemas abertos, assinale a
alternativa incorreta.
b.Ar presente em um conjunto cilindro-pistão sem válvulas.
8- No estudo da termodinâmica, assim como em outras disciplinas, é necessário o
conhecimento de termos e definições básicas. Desta forma, o que é um sistema?
d.O sistema pode ser definido como uma quantidade de matéria ou região no espaço
que se deseja estudar.
9- Sabendo que a massa de um sistema é 2500 g e o volume 2 m3, assinale a alternativa
que apresenta a densidade e o volume específico desse sistema, respectivamente.
b.1,25 kg/m3 e 0,8 m3/kg.
10- Sabendo que uma certa quantidade de água está na pressão de 5 bar e apresenta
volume específico de 0,5416 m3/kg. Assinale a alternativa que apresenta a temperatura da
água e o seu estado, respectivamente.
d.320 °C e vapor superaquecido.
Atividade II
(Adaptado de Moran et al., 2013) Um ciclo de refrigeração apresenta uma transferência de
calor que deixa o sistema de 2530 kJ e um trabalho líquido de 844 kJ. Desta forma,
determine o coeficiente de desempenho para o ciclo.
a.2.
2- (Adaptado de Moran et al., 2013) Um cilindro vertical com 4,5 kg de massa passa por um
processo durante o qual a velocidade diminui de 30,5 m/s para 15,2 m/s, enquanto a altura
permanece constante. A energia interna específica inicial da massa é 1163,0 J/kg e a
energia interna específica final é 1860,8 J/kg. Durante o processo, a massa recebe 2,1 kJ
de energia por transferência de calor através da superfície do fundo e perde 1 kJ de energia
por transferência de calor através da superfície de cima. Não há transferência de calor
relativa à superfície lateral. Para esse processo, determine o trabalho em kJ.
c.-0,47 kJ.
3- (Adaptado de Moran et al., 2013) Uma massa de 10 kg passa por um processo durante o
qual há transferência de calor da massa, a uma taxa de 5 kJ/kg, um decréscimo de 50 m
relativo à altura, e um aumento na velocidade de 15 m/s para 30 m/s. A energia interna
específica diminui de 5 kJ/kg e a aceleração da gravidade é constante e vale 9,8 m/s2.
Determine o trabalho para o processo em kJ.
c.-1,52 kJ.
4- Com base em seus conhecimentos a respeito das energias macroscópicas e
microscópicas, avalie as afirmações a seguir: I - A energia microscópica está relacionada à
atividade molecular. II - A energia interna é classificada como uma forma de energia
macroscópica. III - Devido à energia cinética não estar relacionada a um referencial externo,
ela é classificada como energia macroscópica. IV - A energia potencial é uma forma de
energia macroscópica. Assinale a alternativa que apresenta as afirmações corretas.
e.Somente I e IV.
5- Com base em seus conhecimentos a respeito das formas de energia, assinale a
alternativa correta.
d.A energia total de um sistema pode ser resumida pela soma das energias interna,
cinética e potencial.
6- Com base em seus conhecimentos a respeito dos modos de transferência de energia em
sistemas fechados, assinale a alternativa incorreta.
c.De acordo com a convenção padrão de sinais, a transferência de calor para o
sistema tem sinal positivo.
7- Para um ciclo de potência as transferências de calor que entram e saem do sistema são
55 kJ e 35 kJ, respectivamente. Desta forma, determine o trabalho líquido em kJ e a
eficiência térmica do ciclo.
c.20 kJ e 36,36 %.
8- Um tanque contém 1 m3 de ar a 20 °C e 5 bar. Determine a massa de ar utilizando o
modelo de gás ideal.
b.5,94 kg.
9- Um tanque contém 2 kg de ar a 25 °C e 3 bar. Determine o volume de ar utilizando o
modelo de gás ideal.
a.x 0,57 m3.
10- Uma bomba de calor cujo coeficiente de desempenho é 2,5 fornece energia por
transferência de calor para uma residência a uma taxa de 20 kW. Assim, calcule a potência
líquida em kW necessária para operar a bomba de calor.
c.-8 kW.
Atividade III
A respeito da vazão mássica e vazão volumétrica, assinale a alternativa correta.
a.A vazão mássica pode ser calculada pela relação entre a vazão volumétrica e
o volume específico do fluido em escoamento.
2- A respeito do balanço da taxa de energia para um volume de controle, assinale a
alternativa correta.
b.Contabiliza as taxas líquidas de energia transferidas por calor, por trabalho e
pelo fluxo de massa.
3- Ar é admitido em um compressor que opera em regime permanente a pressão de
10 kPa, temperatura de 27 °C e velocidade desprezível. Na saída do compressor, a
pressão é de 1MPa, temperatura de 347 ºC e velocidade de 95 m/s. Assumindo que
o compressor perde calor à taxa de 20 kW e a potência fornecida é de 245 kW,
assinale a alternativa que indica o fluxo mássico de ar no compressor.
a.m ̇=0,68 kg/s
4- Ar entra em um volume de controle com pressão de 8 bar, temperatura de 600 K
e velocidade de 30 m/s, através de uma área de 0,002 m2. Na saída, a pressão é de
2 bar e temperatura de 400 K. Assumindo a operação em regime permanente e o ar
se comporta como um gás ideal, assinale a alternativa que indica a vazão mássica
do ar emkg/s. OBS: utilize 3 casas decimais no cálculo.
e.0,279 kg/s
5- Avalie as afirmativas a seguir a respeito de turbinas. I - As turbinas a vapor são
diferentes das turbinas hidráulicas, pois enquanto a primeira produz trabalho de
eixo, a segunda consome potência. II - O trabalho gerado por uma turbina a vapor
independe das entalpias específicas do fluido na entrada e na saída. III - As turbinas
a vapor são geralmente encontradas em usinas hidrelétricas. IV - No balanço de
energia para uma turbina a vapor a parcela da energia cinética nunca pode ser
considerada nula. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas:
e.Nenhuma das alternativas.
6- Avalie as afirmativas a seguir a respeito dos princípios de conservação de massa
e de energia. I - Tanto a massa quanto a energia são propriedades que se
conservam, portanto, não podem ser criadas e nem destruídas durante um
processo. II - Para sistemas fechados, pode-se ter em algumas situações fluxos de
massa atravessando a fronteira do sistema. III - Para sistemas que envolvem
volumes de controle, a massa não se conserva,pois, tem-se fluxos mássicos
entrando e saindo do volume de controle. Assinale a alternativa que apresenta as
afirmativas corretas:
b.I, somente.
7- Avalie as afirmativas a seguir sobre bocais e difusores. I - Os difusores
apresentam uma redução da área de seção reta na direção do escoamento. II - Nos
difusores, a medida que a pressão do fluido em escoamento diminuiu, a velocidade
aumenta. III - Os bocais e difusores não apresentam como função a geração de
trabalho. IV -Geralmente despreza-se a transferência de calor entre o fluido em
escoamento e sua vizinhança. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas
corretas:
d.III e IV, somente.
8- Sobre os compressores e bombas, avalie as afirmativas a seguir: I - Os
compressores consomem potência, enquanto que as bombas produzem potência. II
- Geralmente os compressores trabalham com gases e as bombas operam com
líquidos. III - Aplicando um volume de controle em um compressor adiabático que
opera em regime permanente, desprezando as parcelas das energias cinética e
potencial, a potência consumida pelo compressor dependerá do fluxo mássico, bem
como das entalpias específicas na entrada e na saída. IV - No balanço da taxa de
energia para esses equipamentos, o termo W ̇_vc pode em algumas situações ser
positivo. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas:
b.II e III, somente.
9- Sobre trocadores de calor, avalie as afirmativas a seguir: I - São utilizados para
realizar trocas térmicas entre correntes de fluido em movimento. II - Não se aplica o
princípio de conservação de massa nesses equipamentos. III - Quando o volume de
controle é modelado englobando todo o equipamento, despreza-se a trocar de calor
com o ambiente. IV - Apresentam como principal função a geração de trabalho.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas:
c.I e III, somente.
10- Vapor de água entra em um bocal adiabático em regime permanente a 3 MPa,
400 ºC e velocidade de 35 m/s. Na saída, a pressão é de 2,5 MPa e velocidade de
290 m/s. Dessa forma, assinale a alternativa que apresenta a entalpia específica na
saída do bocal.
c.h2 = 3189,46 kJ/kg
Atividade IV
A análise de sistemas termodinâmicos com base na segunda lei é realizada em termos da
propriedade entropia, que é associada a desordem molecular. A respeito dessa nova
propriedade, bem como do Enunciado da entropia, avalie as afirmativas a seguir: I - Assim
como a massa e a energia, a entropia é conservada dentro do sistema. II - A entropia é
gerada dentro de um sistema sempre que existem condições ideais. III - Não é possível um
sistema operar de forma que a entropia seja destruída. IV - O valor da entropia pode ser
negativo em algumas situações. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas
corretas:
a.III, somente.
2- A respeito do ciclo de Carnot, avalie as afirmativas a seguir: I - É composto por uma série
de quatro processos irreversíveis. II - Pode ser executado tanto por um sistema fechado
quanto por um sistema aberto. III - É composto por dois processos adiabáticos alternados
com dois processos isotérmicos. IV - Invertendo o sentido de um ciclo de refrigeração de
Carnot tem-se um ciclo de potência. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas
corretas:
c.II, III e IV, somente.
3- A respeito do Enunciado de Kelvin-Planck, avalie as afirmativas a seguir: I - Envolve o
conceito de reservatório térmico. II - Leva ao entendimento da possibilidade de um
dispositivo produzir trabalho líquido enquanto troca calor com dois reservatórios térmicos. III
- Pode ser possível que um sistema produza trabalho líquido enquanto troca calor com um
único reservatório térmico. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas:
e.I e II, somente.
4- Ar a 600 kPa e 330 K entra em um tubo bem isolado e sai a 120 kPa e 300 K. Assumindo
o ar como um gás ideal e operação em regime permanente, assinale a alternativa que
apresenta a taxa de geração de entropia em kW/K considerando uma vazão mássica de
0,04 kg/s. OBS: utilize R = 0,287 kJ/kgK.
c.σ ̇_vc=0,015 kW/K
5- Assumindo o ar como gás ideal, assinale a alternativa que indica a variação da entropia
específica em kJ/kgK, quando o ar passa do estado 1, onde T_1=400 K e p_1=1 bar, para o
estado 2, onde T_2=1200 K e p_2=3 bar. OBS: utilize R = 0,287 kJ/kgK.
a.0,87 kJ/kgK
6- Avalie as afirmativas a seguir a respeito de processos reversíveis e irreversíveis: I - O
máximo desempenho teórico é alcançado em processos que apresentam irreversibilidades.
II - Um processo reversível pode retornar ao seu estado inicial sem deixar vestígio no
ambiente. III - Os processos irreversíveis são idealizações de processos reais. IV - Deve-se
procurar reduzir as irreversibilidades, de modo a aumentar a eficiência de sistemas.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas.
d.II e IV, somente.
7- Sabe-se que não existe um único enunciado simples da Segunda Lei da Termodinâmica
que possa descrever todos os acontecimentos em um processo. Assim sendo, assinale a
alternativa que melhor descreve o Enunciado de Clausius.
d.Não é possível, sem a adição de trabalho, um sistema transferir calor de um corpo
frio para um corpo quente.
8- Sabe-se que um ciclo de potência reversível recebe 110 kJ por transferência de calor de
um reservatório quente a 327 ºC, e rejeita 50 kJ por transferência de calor para um
reservatório frio a TF. Assim sendo, assinale a alternativa que indica qual a eficiência
térmica do ciclo (η) e a temperatura (TF) em kelvin.
9- Um refrigerador industrial mantém o congelador a -25 ºC em um dia onde a temperatura
ambiente é 25 ºC, removendo energia por meio de transferência de calor do compartimento
do seu congelador a uma taxa de 1,25 kW. Dessa forma, assumindo operação em regime
permanente, assinale a alternativa que apresenta a potência teórica mínima em kW
requerida pelo refrigerador.
a. ̇_ciclo≥0,25 kW.
10- Uma expressão importantíssima dentro da termodinâmica é a desigualdade de
Clausius, enunciada pelo físico alemão R. J. E. Clausius (1822-1888). A respeito dessa
temática, avalie as afirmativas a seguir: I - o termo σ_ciclo quantifica as irreversibilidades
presentes em um sistema. II - σ_ciclo≥0 indica presença de irreversibilidades no sistema. III
- σ_ciclototal de um sistema consiste apenas na soma da energia cinética com a
energia potencial.
d.A energia total de um sistema nada mais é do que apenas a variação da energia
cinética.
e.A energia total de um sistema consiste apenas na soma da energia interna com a
energia potencial.
5- A eficiência térmica de um ciclo de potência é de 40 %, enquanto que o calor
rejeitado para a fonte fria é de 40 kJ. Desta forma, determine o trabalho líquido
desenvolvido e a transferência de calor da fonte quente para o sistema,
respectivamente.
a.18,67 kJ e 48,67 kJ.
b.76,67 kJ e 96,67 kJ.
c.36,20 kJ e 80,20 kJ.
d.60 kJ e 100 kJ.
e.26,67 kJ e 66,67 kJ.
6- Com base em seus conhecimentos a respeito das energias macroscópicas e
microscópicas, avalie as afirmações a seguir:
I - A energia microscópica está relacionada à atividade molecular.
II - A energia interna é classificada como uma forma de energia macroscópica.
III - Devido à energia cinética não estar relacionada a um referencial externo, ela é
classificada como energia macroscópica.
IV - A energia potencial é uma forma de energia macroscópica.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmações corretas.
a.Somente I.
b.Somente I, III e IV.
c.Somente I e IV.
d.Somente II e IV.
e.Todas as afirmativas.
7- Com base em seus conhecimentos a respeito de trocadores de calor, assinale a
alternativa incorreta.
a.A carcaça externa geralmente é isolada, evitando trocas térmicas com a
vizinhança.
b.Podem ser utilizados em sistemas de resfriamento, processos químicos e geração
de potência elétrica.
c.A taxa de transferência de calor independe da maneira como o volume de controle
é definido.
d.Normalmente não se tem geração de trabalho nesse equipamento.
e.São equipamentos destinados a realizar trocas térmicas entre correntes de fluido
em movimento.
8- Sobre os compressores e bombas, avalie as afirmativas a seguir:
I - Os compressores consomem potência, enquanto que as bombas produzem
potência.
II - Geralmente os compressores trabalham com gases e as bombas operam com
líquidos.
III - Aplicando um volume de controle em um compressor adiabático que opera em
regime permanente, desprezando as parcelas das energias cinética e potencial, a
potência consumida pelo compressor dependerá do fluxo mássico, bem como das
entalpias específicas na entrada e na saída.
IV - No balanço da taxa de energia para esses equipamentos, o termo pode em
algumas situações ser positivo.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas.
a.II, III e IV
b.I e III
c.II e III
d.II e IV
e.I e II
9- A respeito do ciclo de Carnot, avalie as afirmativas a seguir.
I - É composto por uma série de quatro processos irreversíveis.
II - Pode ser executado tanto por um sistema fechado quanto por um sistema
aberto.
III - É composto por dois processos adiabáticos alternados com dois processos
isotérmicos.
IV - Invertendo o sentido de um ciclo de refrigeração de Carnot tem-se um ciclo de
potência.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas.
a.II e III, somente.
b.I e IV, somente.
c.I, II e IV, somente.
d.II, III e IV, somente.
e.I, II e III, somente.
10- Considerando que na entrada de um tubo bem isolado tem-se ar a 650 kPa e
350 K, enquanto na saída o ar se encontra a 130 kPa e 300 K. Assumindo o ar
como um gás ideal e operação em regime permanente, assinale a alternativa que
apresenta a taxa de geração de entropia em kW/K considerando uma vazão
mássica de 0,5 kg/s.
OBS: utilize R = 0,287 kJ/kgK.
a. 0,25 kw/k
b. 0,35 kw/k
c. 0,15 kw/k
d. 0,22 kw/k
e. 0,55 kw/k