AOL-1 Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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Conteúdo do exercício
1. Pergunta 1
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Leia o trecho a seguir:
“Uma máquina de Carnot é uma máquina ideal que opera em um ciclo sem quaisquer irreversibilidades. Ela pode operar com qualquer fluido de trabalho, mas um gás ideal será assumido, pelo qual equações simplificadas estão disponíveis.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. - São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Imagine, segundo os conceitos estudados em ciclo motores a vapor, uma máquina de Carnot que opera entre duas fontes de temperaturas Tq e Tf = 200K e recebe cerca de 500J de calor de uma fonte quente. Considerando um trabalho mecânico produzido de 300 J, é correto afirmar que a temperatura Tq, da fonte quente será de:
1. 500 K.
Resposta correta
2. Pergunta 2
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Leia o trecho a seguir:
“As perdas de carga, provocadas pelo atrito, e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações. Consideremos, por exemplo, a tubulação que liga a caldeira a turbina... na turbina as perdas principais são aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho através da turbina.”
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013.
Observe o diagrama a seguir:
IMAG_UN1_QTS20.JPG
Considerando essas informações e os conteúdos estudados em afastamento dos ciclos reais dos ideais, podemos afirmar que o estágio 4 do diagrama T x s representa:
1. Rankine com reaquecimento.
Resposta correta
3. Pergunta 3
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Leia o excerto a seguir:
“Num ciclo de potência Rankine, a turbina produz trabalho a partir do vapor gerado na caldeira, contudo, este vapor deve estar superaquecido, para garantir total aproveitamento na extração de energia. Vapor com saturação ou produtos de combustão, além de reduzirem a eficiência, podem danificar a turbina.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Imagine que uma caldeira esteja apresentando baixo rendimento na produção de vapor. Além disso, tem-se recebido reclamações do departamento de meio-ambiente de que a caldeira está com índice de poluição atmosférica acima do usual, com elevada quantidade de monóxido de carbono. 
Considerando essas informações e o que foi estudado em relação ao ciclo Rankine, identifique qual das afirmativas a seguir apresenta a possível causa e uma possível solução ao problema apresentado.
1. Causa: a alimentação de ar para a combustão está ineficiente. Solução: ajustar o insuflador de ar de combustão.
Resposta correta
4. Pergunta 4
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Leia o trecho a seguir:
“Desde a antiguidade, fatos históricos relatam o uso de máquinas que utilizavam o calor como fonte de energia para, de alguma forma, promover o desenvolvimento da humanidade e a Segunda Lei da Termodinâmica é o princípio que rege o funcionamento destas máquinas. O grande salto no desenvolvimento destas máquinas se deu por volta do século XIX com o advento da Revolução Industrial, impulsionando sua inserção na indústria e transporte.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. - São Paulo: Ed. Trilha, 2016. (adaptado).
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre os ciclos motores a vapor, de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar que:
1. uma Máquina Térmica sempre rejeita parte do calor retirado da fonte quente para a fonte fria.
Resposta correta
5. Pergunta 5
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Leia o trecho a seguir:
“A preocupação com a racionalidade energética em sistemas de produção de energia está presente há séculos, desde James Watt, que após receber uma máquina a vapor de Newcomen para ser consertada, em 1763, proporcionou grandes avanços na concepção de sistemas mais eficientes, conforme cita THURSTON (1878). Foi quando nasceu o anseio em se melhorar o rendimento de tais máquinas, onde Watt realizou diversos experimentos para quantificar o aproveitamento útil da energia fornecida pela queima do carvão.”
Fonte: BARJA, Gabriel de Jesus Azevedo. A cogeração e sua inserção ao sistema elétrico. 2006. 171 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) - Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília, 2006.
Considere uma situação na qual um fabricante alega ter construído uma máquina que, operando entre duas fontes de 200K e 100K, retire cerca de 100J da fonte quente a cada ciclo, ceda 25J para a fonte fria e realize 75J de trabalho. Levando em conta essas informações e os conteúdos estudados sobre o princípio dos ciclos motores a vapor, segundo as análises propostas por Kelvin-Plank e Carnot em relação às Máquinas Térmica, pode-se afirmar que essa máquina:
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1. é impossível, uma vez que o rendimento termodinâmico dessa máquina seria superior ao de uma máquina operando pelo ciclo de Carnot entre as mesmas temperaturas.
Resposta correta
6. Pergunta 6
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Leia o trecho a seguir:
“Nas máquinas à vapor o movimento é alternativo e causado pela expansão do vapor em um conjunto pistão-cilindro. Nele, o sentido de rotação pode ser invertido e por apresentarem movimento alternativo, as máquinas a vapor produzem mais vibração do que uma turbina a vapor que produza saída de potência análoga.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Com relação aos ciclos de potência a vapor, ao se comparar máquinas a vapor e a turbinas a vapor, é correto afirmar que:
1. uma a máquina a vapor pode inverter o sentido de rotação, ao passo que a turbina a vapor mantém inalterado o sentido de rotação.
Resposta correta
7. Pergunta 7
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Leia o trecho a seguir:
“As usinas termelétricas geram eletricidade a partir de turbinas movidas a vapor. O ciclo de Rankine é um ciclo termodinâmico ideal que pode ser utilizado para modelar, de forma simplificada, uma usina termelétrica. A figura abaixo mostra de forma esquemática os elementos básicos de um ciclo de Rankine simples ideal.”
IMAG_UN1_QTS13.JPG
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016. (Adaptado).
Considerando o que foi estudado no ciclo Rankine e o fato de algumas usinas termelétricas que utilizam turbinas a vapor se encontrarem próximas a grandes reservatórios de água, como rios e lagos, analise as afirmativas a seguir:
I. O ciclo de Rankine simples mostrado prevê a reutilização da energia rejeitada no condensador e, por isso, tem rendimento comparável ao de um ciclo de Carnot que opera entre as mesmas temperaturas.
II. A instalação de algumas usinas próximas a grandes rios se dá devido à necessidade de remover calor do ciclo, pela transferência de calor que ocorre no condensador, porém, com implicações ao meio ambiente.
III. Em usinas que utilizam combustíveis fósseis, o vapor gerado na caldeira é contaminado pelos gases da combustão e não é reaproveitado no ciclo, sendo mais econômico rejeitá-lo, causando impacto ambiental.
IV. Entre as termelétricas, as usinas nucleares são as únicas que não causam Impacto ambiental, exceto pela necessidade de se armazenar o lixo nuclear gerado.
Está correto apenas o que se afirma em:
1. I e II.
Resposta correta
8. Pergunta 8
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Leia o trecho a seguir:
“Conforme proclamado pela Segunda Lei da Termodinâmica, o dispositivo de Carnot é um ciclo fictício. Refere-se apenas a um parâmetro para verificar se uma máquina térmica é possível de existir.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. - São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Considerando essas informações e o conceito de Máquinas Térmicas segundo o ciclo de motores a vapor, podemos afirmar que:
1. qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria.
Resposta correta
9. Pergunta 9
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Leia o trecho a seguir:
“Diversos aquecedores de água de alimentação e um ou dois reaquecedores, necessários para evitar a condensação nas pás traseiras da turbina, podem ser utilizados na usina. A pressão de extração para cada aquecedor é em geral selecionada para que as temperaturas de saturação sejamigualmente espaçadas. A redução no fluxo de massa, após o vapor extraído ser alimentado no aquecedor, resulta em uma produção menor de potência pela turbina. No entanto, aumenta-se a eficiência do ciclo em razão da redução da energia necessária pela caldeira”.
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013.
IMAG_UN1_QTS16.JPG
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre termodinâmica, podemos afirmar que a imagem apresenta um ciclo de:
1. Rankine regenerativo, empregado em turbinas a vapor.
Resposta correta
10. Pergunta 10
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Leia o trecho a seguir:
“Uma turbina é um dispositivo pelo qual o trabalho é extraído de um fluido (vapor ou gás) em um conjunto de pás rotativas... como resultado, há uma queda de pressão da entrada para a saída e a energia mecânica é extraída da turbina.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre os ciclos de potência de uma Máquina Térmica, pode-se afirmar que turbina a vapor apresenta algumas vantagens, como:
1. possuir alta relação potência/tamanho.
Resposta correta