AOL 01-Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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1. 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 sejam igualmente 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:
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1. 
Rankine com reaquecimento, empregado em turbinas a gás.
2. 
Stirling, empregado em motores alternativos.
3. 
Brayton, empregado em motores alternativos.
4. 
Stirling, empregado em turbinas a gás.
5. 
Rankine regenerativo, empregado em turbinas a vapor.
Resposta correta
2. Pergunta 2
/1
“Os parâmetros de Kelvin-Planck e Carnot são utilizados para determinar a eficiência de uma Máquina Térmica segundo a Segunda Lei da Termodinâmica. Enquanto Kelvin-Planck utiliza parâmetros obedecendo o fluxo de calor entre as fontes quentes e frias, Carnot utiliza a diferença de temperatura entre as fontes quentes e frias para determinar a eficiência do dispositivo.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Em relação à Segunda Lei da Termodinâmica para a análise dos ciclos motores a vapor, considerando que uma Máquina Térmica receba 1000J de calor e opere entre as fontes de 27°C e 327°C com cerca de 80% do rendimento ideal, podemos afirmar que o trabalho realizado por essa máquina é de:
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1. 
350 J.
2. 
600 J.
3. 
400 J.
Resposta correta
4. 
500 J.
5. 
250 J.
3. Pergunta 3
/1
Leia o trecho a seguir:
“Turbinas e compressores são equipamentos projetados para extrair (turbina) ou adicionar (compressores) energia a fluido... e embora haja sempre perdas pelas paredes desses equipamentos, a análise teórica costuma desprezá-las especialmente em um primeiro estudo.”
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: Ed. Trilha, 2016.
Considerando as informações em relação às turbinas adiabáticas estudadas no ciclo de potência, imagine uma situação na qual o vapor de água com velocidade de 40 m/s entre em uma turbina adiabática através de um tubo de 4 cm de diâmetro a 2 MPa e 400°C e expanda-se para a saída mantido a 100 kPa.
IMAG_UN1_QTS7.JPG
Com base nessas informações e nos conteúdos estudados sobre o ciclo de potência, determine a energia produzida pela turbina, supondo que um processo de quase equilíbrio estático seja experimentado pelo vapor de água. 
Utilize os dados de vapor de água:
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1. 
656 kW.
2. 
89,5 kW.
3. Incorreta: 
450 kW.
4. 
190,18 kW
Resposta correta
5. 
21,4 kW.
4. Pergunta 4
/1
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:
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1. 
possuir alta relação potência/tamanho.
Resposta correta
2. 
necessitar lubrificação externa.
3. 
operação abrupta e alto índice de vibração.
4. 
poder ser feita reversível.
5. 
possuir baixa velocidade de rotação.
5. Pergunta 5
/1
Leia o trecho a seguir:
“O ciclo com reaquecimento foi desenvolvido para tirar vantagem do aumento de rendimento provocado pela utilização de pressões mais altas e evitando que a umidade seja excessiva nos estágios de baixa pressão da turbina... A característica singular desse ciclo é que o vapor, primeiramente, expande até uma pressão intermediária na turbina. Ele, então, é reaquecido na caldeira e novamente expande na turbina até a pressão de saída.”
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013.
Considerando essas informações e o estudo do ciclo Rankine combinado, podemos afirmar que uma das características da caldeira com dispositivo de queima suplementar é:
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1. 
aumento das áreas das superfícies de troca de calor.
2. 
controle da temperatura de subaquecimento.
3. 
existência de queimadores concentrados em um ponto na área de passagem do gás.
4. 
aumento da temperatura e/ou disponibilidade energética do gás, visando a atender a demanda de vapor.
Resposta correta
5. 
uso preferencial de combustíveis líquidos, principalmente em usinas termelétricas a gás natural.
6. Pergunta 6
/1
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:
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1. 
qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria.
Resposta correta
2. 
somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.
3. 
na máquina térmica, o calor se propaga da fonte fria para a fonte quente.
4. 
sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%.
5. 
qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente.
7. Pergunta 7
/1
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.
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1. Incorreta: 
Causa: a válvula de segurança da caldeira está desajustada, liberando a pressão desnecessariamente. Solução: calibrar a válvula para pressão acima da PMTA.
2. 
Causa: a alimentação de água está ineficiente. Solução: efetuar limpeza interna na caldeira.
3. 
Causa: a alimentação de ar para a combustão está ineficiente. Solução: ajustar o insuflador de ar de combustão.
Resposta correta
4. 
Causa: a alimentação de combustível está obstruída. Solução: desobstruir tubulação de alimentação de combustível.
5. 
Causa: não há alimentação elétrica no painel da caldeira. Solução: reparar instalação elétrica da caldeira.
8. Pergunta 8
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Leia o trecho a seguir:
“Um ciclo de Rankine ideal é aquele que fornece limite superior de eficiência de ciclo desde que não haja perdas. Na análise do ciclo Rankine é útil considerar que o rendimento depende da temperatura média na qual o caloré fornecido e da temperatura média na qual o calor é rejeitado.”
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013.
Considerando essas afirmações e com base nos estudos dos efeitos da variação de pressão e temperatura nos ciclos de potência a vapor, considere um ciclo básico de potência a vapor, operando segundo o diagrama T-s.
IMAG_UN1_QTS14.JPG
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo. Ed. Trilha, 2016. (Adaptado)
Analisando o ciclo segundo os estados 1-2-3-4 e suas entalpias nos dispositivos do sistema: = 192 kJ/kg, = 204 kJ/kg, = 2.780 kJ/kg e = 2.060 kJ/kg, podemos afirmar que o calor, em [kJ/kg] rejeitado pelo fluido de trabalho no condensador, é:
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1. 
2536 [kJ/kg].
2. 
680 [kJ/kg].
3. 
1868 [kJ/kg].
Resposta correta
4. 
1668 [kJ/kg].
5. 
1245 [kJ/kg].
9. Pergunta 9
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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:
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1. 
as vibrações da máquina a vapor são menores do que as da turbina a vapor.
2. 
a máquina a vapor possui um baixo conjugado de partida, enquanto na turbina o conjugado do vapor é alto.
3. 
a máquina a vapor dispensa o uso do mecanismo biela-manivela.
4. 
a rotação da máquina a vapor equivale à rotação da turbina a vapor.
5. 
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
10. Pergunta 10
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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:
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1. 
300 K
2. 
400 K.
3. 
500 K.
Resposta correta
4. 
450 K.
5. 
250 K.