Olá, amigos!
Para quem não me conhece, me chamo Victor Augusto e sou professor do Estratégia para as disciplinas de Engenharia Química. Neste para concurso para Perito Criminal do IGP-RS fiquei responsável pelo conteúdo de Termodinâmica e por isso vou comentar as questões da prova sobre o tema! Inclusive, vejo duas questões com possibilidade de anulação!!! Se você prestou esse concurso recomendo demais a leitura deste artigo.
A banca responsável foi a FUNDATEC e você pode encontrar o edital para os cargos de Perito Criminal AQUI.
Em relação a um ciclo consistindo em uma pressão constante, um volume constante e dois processos isentrópicos, analise as assertivas abaixo:
I. Ciclo de Carnot.
II. Ciclo de Stirling.
III. Ciclo Otto.
IV. Ciclo Diesel.
Quais estão corretas?
A) Apenas I.
B) Apenas IV.
C) Apenas II e III.
D) Apenas I, II e III.
E) I, II, III e IV.
Recurso:
Essa é justamente uma das questões polêmicas, pois o edital não trazia o tema “Ciclos Termodinâmicos” explicitamente. Os seguintes tópicos foram listados pela banca para a área 10 (QUÍMICA / ENGENHARIA QUÍMICA):
2. Físico-Química: 2.1 soluções e misturas 2.2 propriedades coligativas 2.3 termodinâmica: entropia e energia livre de Gibbs 2.4 equilíbrio e cinética química 2.5 leis empíricas e mecanismos 2.6 propriedades dos gases 2.7 eletroquímica 2.8 corrosão.
9. Termodinâmica: Temperatura; Calor; Teoria cinética dos gases;
Entretanto, para a área 7 (ENGENHARIA MECÂNICA), o tópico de ciclos termodinâmicos FOI LISTADO:
9. Termodinâmica: Transformações em gases ideais. Entropia. Psicrometria. Ciclos termodinâmicos.
Ou seja, como o candidato ao cargo da área 10 poderia se preparar para a prova se parte do conteúdo foi omitido? Por isso vejo nesta questão uma excelente oportunidade de recurso! Recomendo fortemente o envio desta argumentação. Lembrando que o período de recebimento vai até dia 13/07.
Resolução:
Agora partindo efetivamente para a resolução da questão, vemos que o único ciclo que se encaixa na descrição é Diesel, que pode ser analisado no diagrama PV a seguir:
Ou seja, o gabarito é de fato a alternativa B. Entretanto, é possível a anulação!
GABARITO: B
Qual das seguintes medidas aumentará o volume de um gás real por quatro vezes?
A) Duplicando a temperatura absoluta, bem como a pressão do gás.
B) Duplicando a pressão absoluta, mas não alterando a temperatura.
C) Reduzindo a pressão para um quarto à temperatura constante.
D) Reduzindo a temperatura para um quarto à pressão constante.
E) Reduzindo a temperatura para metade e dobrando a pressão.
Resolução:
Sabemos que um gás ideal se comporta de acordo com a equação de estado:
PV = nRT
Já um gás real não tem um modelo preciso para descrevê-lo. Existem várias equações de estado que tentam reproduzir o comportamento de um gás real, sendo que uma das mais básicas e conhecidas é de van der Waals. Seria muito difícil de resolver essa questão usando uma equação de estado para gases reais, assim, como também não é fornecido nenhum modelo, adotaremos o próprio modelo do gás ideal. Isolando o volume:
V = nRT/P
Vou denotar o volume após o processo por V’.Para aumentarmos o volume V em 4 vezes devemos obter:
V’=4V = 4 nRT/P
Dentre as opções apresentadas, a única que realiza o proposto pelo enunciado é a alternativa C, pois:
V’ = nRT/(1/4)P = 4 nRT/P
GABARITO: C
Em relação à quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da massa unitária de gás através de um grau a volume constante, analise as assertivas abaixo e assinale V, se verdadeiras, ou F, se falsas.
( ) Calor específico a volume constante.
( ) Calor específico a pressão constante.
( ) Kilo Joule.
A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:
A) F – F – V.
B) F – V – V.
C) V – V – V.
D) V – F – F.
E) V – V – F.
Resolução:
O calor envolvido em um processo a volume constante por ser avaliado por:
Cv = Q/ΔT
Onde Cv é o calor específico (ou capacidade calorífica) a volume constante. Ou seja, podemos calcular Q por:
Q = Cv x (ΔT)
Sendo o incremento de temperatura no valor de 1 grau, teremos: ΔT = 1. Nos resta então que o calor trocado nesse processo é igual a:
Q = Cv
Por isso, somente o primeiro item está correto e os demais errados (V – F – F).
GABARITO: D
Um processo no qual a temperatura da substância de trabalho permanece constante durante a sua expansão ou compressão é chamado processo:
A) Isotérmico.
B) Hiperbólico.
C) Adiabático.
D) Politrópico.
E) Isocórico.
Resolução:
Questão bem simples, pois um processo no qual a temperatura do sistema permanece constante é denominado Isotérmico. “Iso”, do grego, significa igual. Portanto, a temperatura permanece a mesma neste tipo de processo.
GABARITO: A
O aumento na entropia de um sistema representa:
A) Aumento da disponibilidade de energia.
B) Aumento da temperatura.
C) Diminuição da pressão.
D) Degradação da energia.
E) Degradação do Volume.
Resolução:
A segunda lei da termodinâmica nos trás a definição de entropia, que pode ser definida matematicamente por:
ΔS = ∫ Qrev/T
Onde Qrev é o calor trocado para um processo reversível. O gabarito da banca leva a pensar que: se a entropia aumenta, significa que o sistema recebeu calor e por isso teve um aumento da disponibilidade de energia (alternativa A). Entretanto, na minha opinião, nem sempre um aumento de entropia pode não significar isso! Vamos desenvolver o raciocínio com um estudo de caso:
Veja que essa equação é valida para um processo reversível. Para o caso de uma compressão ou expansão adiabática reversível teremos ΔS =0, pois não há calor trocado no processo. Mas, com embasamento da segunda lei da termodinâmica, se esse processo de expansão/compressão adiabática for irreversível, ele apresentará um aumento na entropia, pois processos da vida real são irreversíveis e não conseguem o máximo aproveitamento da energia! Ou seja, pode-se dizer que há uma dissipação da energia, visto que o trabalho produzido é menor do que o teoricamente possível!
Recomendo fortemente também recurso para essa questão. Inclusive, esse estudo de caso é apresentado em:
KORETSKY, M.D., 2007. Termodinâmica para Engenharia Química, 2ª edição, LTC Editora S.A., Rio de Janeiro, RJ;
No capítulo 3, seção 3.3. Esta é uma das fontes bibliográficas apresentadas pela banca! Então pode ser muito bem explorado na elaboração do seu recurso. Você pode ler mais sobre o assunto nas notas de aula do curso de Termodinâmica do MIT, com destaque para a equação 6..5:
dS(sistema) = dS(transferência de calor) + dS(gerada)
Se não há transferência de calor, a entropia do sistema aumenta unicamente devido a entropia gerada devido a dissipação da energia. Então não podemos falar em aumento na disponibilidade de energia!
Pessoal, espero que esse artigo possa ajudar no preparo para concursos, ou até mesmo garantir uns pontos a mais se você prestou esse exame! Qualquer crítica ou dúvida podem deixar um comentário neste artigo!
Abraço,
Victor Augusto Sousa