Avaliação on-line 1 (AOL 1) - Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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1. Pergunta 1 
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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 essa máquina térmica contraria tanto 
o primeiro quanto o segundo princípio da termodinâmica. 
2. 
é possível, uma vez que a temperatura da fonte quente é maior 
que a da fonte fria. 
3. 
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 
4. 
é possível, uma vez que essa máquina térmica atenderia o 
princípio da conservação da energia. 
5. 
é possível, uma vez que seu rendimento é menor que a unidade. 
 
2. Pergunta 2 
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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: 
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1. 
I e IV. 
2. 
I e II. 
Resposta correta 
3. Incorreta: 
II e IV. 
4. 
III e IV. 
5. 
I e III. 
 
3. Pergunta 3 
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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: 
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1. 
uma Máquina Térmica sempre será capaz de converter todo o 
calor retirado de uma fonte quente em trabalho. 
2. 
uma Máquina Térmica pode ter um rendimento de até 100%. 
3. Incorreta: 
uma Máquina Térmica obedece ao fluxo de calor sempre da 
fonte fria para a fonte quente. 
4. 
uma Máquina Térmica sempre rejeita parte do calor retirado da 
fonte quente para a fonte fria. 
Resposta correta 
5. 
uma Máquina Térmica possui um ciclo cujo calor retirado da 
fonte quente é sempre igual à soma do trabalho e do calor 
rejeitado para a fonte fria. 
 
4. Pergunta 4 
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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 
calor é 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. 
1868 [kJ/kg]. 
Resposta correta 
2. 
1245 [kJ/kg]. 
3. Incorreta: 
2536 [kJ/kg]. 
4. 
1668 [kJ/kg]. 
5. 
680 [kJ/kg]. 
 
5. Pergunta 5 
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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 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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6. Pergunta 6 
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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 relaçãoao ciclo 
Rankine, identifique qual das afirmativas a seguir apresenta a possível 
causa e uma possível solução ao problema apresentado. 
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1. 
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 ar para a combustão está ineficiente. 
Solução: ajustar o insuflador de ar de combustão. 
Resposta correta 
3. 
Causa: a alimentação de água está ineficiente. Solução: efetuar 
limpeza interna na caldeira. 
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. 
 
7. Pergunta 7 
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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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8. Pergunta 8 
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Leia o trecho a seguir: 
 
“A condição para se aumentar o rendimento de um ciclo de potência para 
geração de energia consiste em aumentar a temperatura média com que o 
calor é transferido para o fluido de trabalho na caldeira ou diminuir a 
temperatura média na qual o calor é rejeitado no condensador.” 
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da 
Termodinâmica Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013. 
 
Considerando essas informações e o conteúdo estudado em relação ao ciclo 
Rankine com reaquecimento, analise as afirmativas a seguir e assinale V 
para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s). 
 
I. ( ) Com o aumento da pressão na caldeira, aumenta-se também a 
eficiência do ciclo. 
 
II. ( ) A redução da pressão no condensador aumenta o trabalho líquido. 
 
III. ( ) O aumento do teor de umidade na saída da turbina é um efeito 
indesejado que acontece com o aumento de pressão na caldeira, corrigido 
com o reaquecimento do vapor. 
 
IV. ( ) O superaquecimento do vapor na caldeira, apesar de aumentar a 
eficiência do ciclo, aumenta indesejavelmente o conteúdo de umidade na 
saída da turbina. 
 
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta: 
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1. 
F, V, F, V. 
2. 
F, V, V, F. 
3. 
V, V, F, F. 
4. 
V, V, V, F. 
Resposta correta 
5. Incorreta: 
V, F, V, V. 
 
9. Pergunta 9 
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“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. 
400 J. 
Resposta correta 
2. 
350 J. 
3. 
500 J. 
4. 
600 J. 
5. 
250 J. 
 
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: 
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1. Incorreta: 
poder ser feita reversível. 
2. 
possuir baixa velocidade de rotação. 
3. 
possuir alta relação potência/tamanho. 
Resposta correta 
4. 
operação abrupta e alto índice de vibração. 
5. 
necessitar lubrificação externa.