Questão 3: Quando um fluido escoa através de uma restrição, como um orifício, uma válvula parcialmente fechada ou um tampão poroso, sem qualquer variação apreciável de energia cinética ou potencial, e na ausência de transferência de calor, realiza-se um processo
A) isotérmico.
B) isentálpico.
C) isentrópico.
D) isobárico.
E) isocórico.

Passo 1

O enunciado descreve a situação: um fluido escoa através de uma restrição (orifício, válvula parcialmente fechada, tampão poroso) com as seguintes condições dadas:
  • não há variação apreciável de energia cinética;
  • não há variação apreciável de energia potencial;
  • não há transferência de calor (adiabático).
    A pergunta é: sob essas condições, qual dos processos listados ocorre? As alternativas são:
    A) isotérmico.
    B) isentálpico.
    C) isentrópico.
    D) isobárico.
    E) isocórico.

Passo 2

Vamos usar a expressão da primeira lei para um sistema aberto em regime estacionário (equação de energia em escoamento estacionário). A forma geral (por unidade de massa) é
\dot{Q} - \dot{W}_s = \dot{m}\left(h_2 + \tfrac{1}{2}v_2^2 + g z_2 - h_1 - \tfrac{1}{2}v_1^2 - g z_1\right),
onde explico cada símbolo:
  • \dot{Q} é a taxa de calor adicionada ao sistema (por unidade de tempo);
  • \dot{W}_s é a taxa de trabalho de eixo (shaft work) realizado pelo sistema (por unidade de tempo);
  • \dot{m} é a vazão mássica (masse por unidade de tempo);
  • h é a entalpia específica (energia interna por unidade de massa mais p v); isto é, h = u + p v, com u = energia interna específica, p = pressão e v = volume específico;
  • v (ou V nos livros) é a velocidade do fluido (energia cinética \tfrac{1}{2}v^2);
  • z é a cota (energia potencial g z);
  • índices 1 e 2 referem-se a antes e depois da restrição.

Passo 3

Agora aplico as hipóteses do enunciado:
  • ausência de transferência de calor: \dot{Q}=0;
  • sem trabalho de eixo relevante (válvula/orifício não produz trabalho de eixo): \dot{W}_s=0 (é o caso típico de uma válvula ou orifício);
  • variação desprezível de energia cinética: \tfrac{1}{2}v_2^2 \approx \tfrac{1}{2}v_1^2;
  • variação desprezível de energia potencial: g z_2 \approx g z_1.
Substituindo e simplificando a equação de energia temos, por unidade de massa,
0 = h_2 - h_1,
ou seja
h_2 = h_1.
Portanto, a entalpia específica permanece constante ao atravessar a restrição — esse é o resultado direto e essencial.

Passo 4

Vamos definir claramente o que cada alternativa significa, para evitar confusão:
  • isotérmico: temperatura constante, isto é \,T_1 = T_2.
  • isentálpico: literal da alternativa — significa processo de entalpia constante, isto é \,h_1 = h_2. (Observação: a palavra refere-se a “isentálpico” no enunciado; o conceito físico por trás é o de processo isenthalpico, ou seja, entalpia constante.)
  • isentrópico: entropia constante, isto é \,s_1 = s_2.
  • isobárico: pressão constante, isto é \,p_1 = p_2.
  • isocórico: volume específico constante, isto é \,v_1 = v_2 (atenção: aqui usei v para volume específico; não confundir com velocidade).

Passo 5

Relacionando o resultado do Passo 3 com as definições do Passo 4: obtivemos \,h_2 = h_1. Isso coincide exatamente com a definição de processo isentálpico (entalpia constante). Logo a descrição física dada (restrição, sem calor, sem variação apreciável de energia cinética e potencial) caracteriza um processo isenthalpico (throttling).

Passo 6

Por que não são as outras alternativas?
  • não é necessariamente isotérmico: a temperatura pode mudar no estrangulamento (dependendo da natureza do fluido e da inversão Joule–Thomson); portanto \,T_1 pode ser diferente de \,T_2.
  • não é isentrópico: o processo de estrangulamento é tipicamente irreversível, então a entropia geralmente aumenta ( s_2 \ge s_1), logo não é de entropia constante.
  • não é isobárico nem isocórico: pressão e volume específico normalmente mudam no estrangulamento; apenas a entalpia fica (aproximadamente) constante.

Passo 7

Exemplo concreto para fixar: a expansão tipo Joule–Thomson (passagem por válvula estrangulada) é classicamente modelada como adiabática, sem trabalho de eixo e sem variação apreciável de energia cinética/potencial — e por isso usamos h_1 = h_2. É comum nos exames pedir que você reconheça essa condição e associe a “restrição” com processo isenthalpico.

Resposta

B) isentálpico.

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