GRA1648 Atividade 4 A4

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Rodrigo Molgado Engenharia Elétrica GRA1648 Geração de Energia elétrica 
Atividade 4 
 
1) Antes de entrar na caldeira, é necessário controlar a temperatura da água de 
alimentação da caldeira e sua qualidade. Isso envolve a introdução de tratamento e 
aquecimento que fornecerão as condições ideais para uma longa vida útil da caldeira. 
 
Considerando o excerto apresentado, a respeito das usinas termelétricas e a 
importância de aquecer a água antes de alimentar a caldeira, analise as afirmativas a 
seguir. 
 
I. Os gases dissolvidos que corroem a caldeira são removidos. 
II. O estresse térmico surge devido à água fria que entra na caldeira e pode ser 
reduzido. 
III. Algumas impurezas transportadas pelo vapor e condensadas devido à corrosão na 
caldeira e ao condensador são precipitadas fora da caldeira. 
IV. Os gases dissolvidos que corroem a caldeira são misturados à água quente. 
 
Está correto o que se afirma em: 
 
• I, II, e III, apenas. 
• I, II e IV, apenas. 
• I e IV, apenas. 
• II, III e IV, apenas. 
• III e IV, apenas. 
 
Sua resposta está correta. A afirmativa I está correta, pois o aquecimento da água 
antes de alimentar a caldeira é importante para remover os gases tóxicos que podem 
corroer a caldeira, especialmente o oxigênio. A afirmativa II está correta, pois o choque 
térmico também ocorre sempre que houver uma mudança repentina na temperatura de 
um metal ou temperaturas desiguais em toda a caldeira. O metal se expande e se 
contrai em relação à temperatura, e as flutuações desta podem resultar em rachaduras 
em locais de oscilações de temperatura, vazamento do tubo da caldeira, rachadura das 
placas do tubo ou falha catastrófica da caldeira. A afirmativa III está correta, pois as 
baixas temperaturas também podem afetar a qualidade da água de alimentação da 
caldeira, uma vez que resultam em níveis mais elevados de gases dissolvidos, oxigênio 
e dióxido de carbono, os quais corroem as superfícies metálicas internas com as quais 
a água entra em contato. 
2) Entre os três determinantes da eficiência térmica de uma usina (temperatura inicial, 
pressão inicial e pressão de exaustão), a pressão de exaustão desempenha um papel 
fundamental na determinação da eficiência total. A eficiência térmica real de uma 
usina térmica moderna, geralmente, varia entre 35% e 49%. 
 
Nesse sentido, assinale a alternativa a seguir que apresenta a resposta correta a 
respeito da eficiência de uma usina térmica. 
 
• Melhora com o uso de altas pressões de vapor. 
• Melhora com o uso de baixas pressões de vapor. 
• Melhora com o aumento dos parâmetros do vapor finais. 
• Melhora com maior aumento da demanda. 
• Melhora com a baixa carga na planta. 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois, no condensador, a pressão 
ficará próxima ao vácuo para garantir uma queda efetiva da entalpia do vapor na 
turbina. Cálculos provaram que, quando os parâmetros iniciais de vapor são definidos 
em 9,0 MPa abaixo de 490 °C, cada queda de 10 °C na temperatura gera um aumento 
de 3,5% na eficiência. Se a pressão de exaustão cair de 0,006 MPa para 0,004 MPa, a 
eficiência aumentaria em cerca de 2,20%. 
 
3) As caldeiras são utilizadas em usinas termelétricas para produzir vapor de alta 
pressão, a fim de que a usina possa gerar eletricidade. O processo que faz isso é 
conhecido como ciclo de Rankine. A caldeira obtém energia de alguma forma de 
combustível — como carvão, gás natural ou combustível nuclear — para transformar a 
água em vapor. 
 
Considerando o excerto apresentado a respeito da geração térmica e do fornecimento 
de água para uma caldeira, analise as afirmativas a seguir e marque V para as 
verdadeiras e F para as falsas. 
 
I. ( ) A água é fornecida para a caldeira a uma pressão atmosférica. 
II. ( ) A água é fornecida para a caldeira a um pouco mais que a pressão atmosférica. 
III. ( ) A água é fornecida para a caldeira a uma pressão igual a 100 cm/kg². 
IV. ( ) A água é fornecida para a caldeira a uma pressão maior que a pressão do 
vapor na caldeira. 
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. 
 
• F, V, F, V. 
• V, F, F, V. 
• F, F, F, V. 
• F, F, V, F, 
• V, V, F, V. 
 
Sua resposta está correta. A afirmativa IV é verdadeira, pois a água é fornecida a uma 
pressão maior que a pressão do vapor na caldeira, visto que esta já está sob alta 
pressão. Consequentemente, o fluido de entrada deve forçar a pressão existente e, 
para tanto, ele deve estar a uma pressão mais alta. Geralmente, as bombas de 
alimentação são projetadas para gerar pressão, o que irá compensar a altura (cabeça) 
da caldeira e as outras perdas devido ao atrito, às dobras etc. 
 
4) Um economizador de caldeira diz respeito a um dispositivo mecânico destinado a 
reduzir o consumo de energia ou executar uma função útil, como o pré-aquecimento 
de um fluido. Um economizador de caldeira é, essencialmente, um trocador de calor 
que torna um sistema mais eficiente em termos de energia. 
 
Considerando o excerto apresentado a respeito das usinas termelétricas e o 
economizador para caldeira, analise as afirmativas a seguir. 
 
I. O economizador para caldeira tem como função principal aquecer a água que entra 
com excesso de vapor. 
II. O economizador para caldeira tem como função principal aquecer o combustível 
pulverizado pelos gases de escape. 
III. O economizador para caldeira tem como função principal aquecer o ar de entrada 
pelos gases de exaustão. 
IV. O economizador para caldeira tem como função principal aquecer a água que entra 
pelos gases de escape. 
 
Está correto o que se afirma em: 
• I, apenas. 
• I e III, apenas. 
• II, apenas. 
• III e IV, apenas. 
• IV, apenas. 
 
Sua resposta está correta. A afirmativa IV está correta, pois, nas caldeiras, 
economizadores são, geralmente, trocadores de calor projetados para trocar calor 
com o fluido, normalmente a água. A exaustão das caldeiras está na faixa de 
temperatura de 200 °C a 250 °C, logo, há uma grande quantidade de perdas da 
caldeira se nenhum dispositivo de recuperação de calor for instalado depois dela. 
 
5) A melhor definição para uma turbina a vapor que se poderia dar é a conversão da 
energia térmica do vapor em trabalho mecânico, que é feito em um eixo de saída 
giratório. É uma espécie de máquina com motor térmico. Variando de pequeno a 
grande porte, as turbinas são feitas em uma ampla gama de capacidades de energia. 
 
Nesse sentido, assinale a alternativa correta a respeito do tipo das turbinas a vapor 
modernas. 
• Turbinas eólicas. 
• Turbinas de reação. 
• Turbinas de reação e impulso. 
• Turbinas de impulso. 
• Turbinas à combustão. 
 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois as turbinas a vapor 
modernas são do tipo reação e impulso. Uma turbina de reação e impulso é uma forma 
de turbina na qual gases quentes e de alta velocidade produzem uma força 
aerodinâmica, como uma força de impulso conforme movem as pás da turbina na 
direção necessária. Nesse tipo de turbina, há uma palheta de estator e um arranjo de 
pás de rotor em que a área da base é um projeto de impulso, enquanto o topo é uma 
turbina de reação. 
 
6) O custo de capital de uma usina geradora de energia pode variar amplamente, 
dependendo da tecnologia. Das tecnologias estabelecidas e convencionais — 
incluindo a nuclear, o combustível fóssil, as termelétricas, as solares, as eólicas e as 
usinas hidrelétricas —, os custos são bem diferentes. 
 
Sendo assim, assinale a alternativa correta que apresenta o custo de capital por kW 
de capacidade instalada conforme o tamanho da usina termelétrica aumenta. 
 
• O custo de capital por kW de capacidade instalada aumenta. 
• O custo de capital por kW de capacidade instalada triplica. 
• O custo de capital por kW de capacidade instalada continua o mesmo. 
• O custo de capital por kW de capacidade instalada dobra. 
• O custo de capital por kW de capacidade instalada diminui. 
 
Sua resposta está correta.A alternativa está correta, pois o custo de uma unidade de 
eletricidade é determinado por uma combinação dos custos associados à produção da 
energia e aqueles associados à sua entrega. O custo de capital por kW, em uma usina 
termelétrica, diminui conforme o tamanho da usina aumenta, já que, com o aumento 
da usina, há um aumento considerável da produção de energia com a capacidade já 
instalada e em funcionamento. Os custos iniciais para a construção do 
empreendimento já foram pagos, logo, o custo de capital diminui. 
 
7) O processo ou ciclo de Rankine foi desenvolvido em 1859 pelo engenheiro escocês 
William J. M. Rankine. Trata-se de um ciclo termodinâmico que converte calor em 
energia mecânica, a qual geralmente é transformada em eletricidade por geração 
elétrica. A eficiência do ciclo de Rankine é limitada pelo alto calor de vaporização do 
fluido. 
 
Assim sendo, assinale a alternativa a seguir que apresenta a faixa de valores da 
eficiência do ciclo de Rankine para uma boa usina a vapor. 
 
• 90% a 95%. 
• 35% a 45%. 
• 15% a 20%. 
• 70% a 80%. 
• 10% a 15%. 
 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois a eficiência do ciclo de 
Rankine em uma usina a vapor gira em torno de 35% a 45%. O ciclo Rankine tem as 
seguintes etapas: transferência de calor isobárica, expansão isentrópica, rejeição de 
calor isobárico e compressão isentrópica. 
 
8) O ciclo de Rankine é um ciclo termodinâmico no qual o calor é convertido em 
energia mecânica. Ele foi desenvolvido pelo engenheiro e físico William Johnson 
Macquorn Rankine, no século XIX. O ciclo de Rankine é amplamente utilizado em 
usinas termelétricas e nucleares. É considerado o ciclo mais prático devido à 
condensação completa do vapor no condensador. 
 
Considerando o excerto apresentado a respeito da geração térmica e do ciclo de 
Rankine, analise as afirmativas a seguir. 
 
I. O reaquecimento do vapor em estágio intermediário melhora a eficiência do ciclo de 
Rankine. 
II. O uso de regeneração de vapor para aquecimento de água de alimentação da 
caldeira piora a eficiência do ciclo de Rankine. 
III. O uso de altas pressões melhora a eficiência do ciclo de Rankine. 
IV. O uso de altas pressões piora a eficiência do ciclo de Rankine. 
 
Está correto o que se afirma em: 
 
• II e III, apenas. 
• I e III, apenas. 
• II e IV, apenas. 
• I, II e III, apenas. 
• I, II e IV, apenas. 
 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois o ciclo de Rankine faz uso 
prático do aumento de pressão que ocorre quando um fluido condensado é forçado a 
evaporar dentro de um recipiente contido. O ciclo começa quando um fluido, como a 
água, é comprimido e colocado sob alta pressão. Quando o líquido é aquecido, o 
fluido comprimido se torna um vapor que pode ser utilizado para gerar energia 
mecânica. Quando o calor é reduzido, o vapor esfria e se condensa de volta à forma 
líquida. 
 
9) A turbina a vapor é uma turbina em que a energia potencial do vapor aquecido e 
comprimido produzido em um dispositivo especial, do gerador de vapor ou vapor de 
origem natural — por exemplo, de nascentes geotérmicas —, é convertida em energia 
cinética (quando o vapor se expande pelas pás da turbina em cascata) e, em seguida, 
em trabalho mecânico no eixo rotativo da turbina. 
 
Pensando nesse contexto, assinale a alternativa a seguir que apresenta o que ocorre 
com o vapor quando ele se expande na turbina. 
 
• Sua temperatura diminui. 
• Sua pressão aumenta. 
• Seu volume específico aumenta. 
• Seu ponto de ebulição aumenta. 
• Sua temperatura aumenta. 
 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois, quando a turbina está em 
serviço, o vapor superaquecido (temperatura acima de 540 ºC) é admitido na turbina. 
Devido ao aquecimento de partes da turbina, ocorre a expansão térmica desse vapor, 
sendo que o seu volume específico aumenta. 
10) As turbinas a vapor também precisam de algum tipo de mecanismo de controle 
que regule sua velocidade, de modo que gerem tanta ou tão pouca energia quanto 
necessário em determinado momento. A maioria das turbinas a vapor ficam em 
enormes usinas elétricas movidas por grandes fornos, sendo que não é fácil reduzir a 
quantidade de calor que elas produzem. 
 
Nesse sentido, assinale a alternativa correta que corresponde à velocidade das 
turbinas geradoras da maioria das usinas termelétricas. 
 
• 5000 RPM. 
• 3000 RPM. 
• 1000 RPM. 
• 4000 RPM. 
• 750 RPM. 
 
Sua resposta está correta. A alternativa está correta, pois a velocidade das turbinas 
geradoras em usinas termelétricas, sendo turbinas de alta potência, gira em torno de 
3000 RPM. Há apenas uma pequena variação na eficiência térmica com a velocidade 
da turbina de potência devido à variação mínima na eficiência da turbina de potência 
nessas velocidades.