Enem 2015 - Trabalho sobre um gás

O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até −198 °C. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica. MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado). 
No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela 
A) expansão do nitrogênio durante a ebulição. 
B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição. 
C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação. 
D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento. E liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.

Gabarito:

Gente, se está sendo realizado trabalho sobre um gás (W < 0) e ele está esfriando (∆U NEGATIVO), uma vez que o enunciado diz que o gás deve LIQUEFAZER durante o processo (considerando liquefação um processo exotérmico), como esse gás é capaz de armazenar energia durante sua compressão??

Temos no início uma quantidade de ar na temperatura ambiente, então são retirados os 2 componentes mencionados. Feito isso, é utilizada a energia elétrica excedente para realizar o processo de abaixamento da temperatura do gás: O excedente alimenta um equipamento que realiza o processo de diminuir a temperatura até -198°C, com o gás nitrogênio liquefazendo neste processo. Ou seja, uma energia que iria ser perdida por ser excesso foi utilizada para comprimir um gás.
Portanto temos um recipiente com uma quantidade de gás a uma baixa temperatura e extremamente comprimido. Quando este gás for exposto à temperatura ambiente, ou caso seja utilizado algum equipamento mais sofisticado ao invés de apenas expor à temperatura ambiente, a sua temperatura começará a subir para atingir o equilíbrio térmico, ou seja, o gás atingirá a temperatura de ebulição e ocorrerá uma grande expansão, sendo esta utilizada para rotacionar um rotor e transformar energia mecânica em elétrica. Ou seja, aquela energia que seria perdida por ser excesso foi utilizada para comprimir o gás, e quando o gás expande novamente parte desta energia é recuperada.
Com certeza existe grande perda neste processo, pois apenas a energia da expansão é recuperada, mas é melhor do que perder toda a energia excedente.

Leonardo Mariano escreveu:Temos no início uma quantidade de ar na temperatura ambiente, então são retirados os 2 componentes mencionados. Feito isso, é utilizada a energia elétrica excedente para realizar o processo de abaixamento da temperatura do gás: O excedente alimenta um equipamento que realiza o processo de diminuir a temperatura até -198°C, com o gás nitrogênio liquefazendo neste processo. Ou seja, uma energia que iria ser perdida por ser excesso foi utilizada para comprimir um gás.
Portanto temos um recipiente com uma quantidade de gás a uma baixa temperatura e extremamente comprimido. Quando este gás for exposto à temperatura ambiente, ou caso seja utilizado algum equipamento mais sofisticado ao invés de apenas expor à temperatura ambiente, a sua temperatura começará a subir para atingir o equilíbrio térmico, ou seja, o gás atingirá a temperatura de ebulição e ocorrerá uma grande expansão, sendo esta utilizada para rotacionar um rotor e transformar energia mecânica em elétrica. Ou seja, aquela energia que seria perdida por ser excesso foi utilizada para comprimir o gás, e quando o gás expande novamente parte desta energia é recuperada.
Com certeza existe grande perda neste processo, pois apenas a energia da expansão é recuperada, mas é melhor do que perder toda a energia excedente.

Entendi. Muito obrigado.