AOL 03 - SISTEMAS TÉRMICOS E FLUIDOMECÂNICOS

Prévia do material em texto

AOL 03 – SISTEMAS TÉRMICOS E FUIDOMECÂNICOS 
 
1. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“NO ESTUDO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS, TEMOS QUE UM MOTOR TÉRMICO REFERE-SE 
A UM DISPOSITIVO QUE RECEBE CALOR DE UM RESERVATÓRIO E PROPORCIONA 
TRABALHO DURANTE A OPERAÇÃO EM UM CICLO. POR EXEMPLO, A PRIMEIRA LEI 
DESCREVE O MODO COMO UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA FUNCIONA: O CALOR 
“Q” LIBERADO PELA COMBUSTÃO DA GASOLINA É CONVERTIDO NO TRABALHO 
MECÂNICO “W”.”FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA 
ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, P. 124-126. (ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E O CONTEÚDO ESTUDO SOBRE O CICLO 
BRAYTON, EM RELAÇÃO AOS MOTORES A COMBUSTÃO, ESTÁ CORRETO O QUE SE 
AFIRMA EM: 
 
A. NO CICLO OTTO, A TEMPERATURA DE AUTOIGNIÇÃO DO COMBUSTÍVEL É ATINGIDA 
NA ETAPA DE COMPRESSÃO, EFETUANDO-SE, ASSIM, A EXPLOSÃO E EXPANSÃO. 
B. OS CICLOS TERMODINÂMICOS QUE ABORDAM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
SÃO: CICLO OTTO, DIESEL, BRAYTON E STIRLING. 
C. NO CICLO BRAYTON IDEAL, TEM-SE DOIS PROCESSOS ISOBÁRICOS E DOIS 
PROCESSOS ADIABÁTICOS. (CORRETA) 
D. O CICLO ERICSSON APRESENTA UMA ELEVADA EFICIÊNCIA E BAIXAS REDUÇÕES NAS 
EMISSÕES DE PRODUTOS DE COMBUSTÃO, POR MEIO DE UMA COMBUSTÃO 
EXTERNA. 
E. A TAXA DE COMPRESSÃO DOS MOTORES DE POTÊNCIA À GASOLINA É SUPERIOR À 
DOS MOTORES DE POTÊNCIA A ÁLCOOL. 
 
2. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“INSTALAÇÕES DE POTÊNCIA COM TURBINAS A GÁS TENDEM A SER MAIS LEVES E 
COMPACTAS SE COMPARADAS A INSTALAÇÕES DE POTÊNCIA A VAPOR. 
ADICIONALMENTE, APRESENTAM UMA RELAÇÃO FAVORÁVEL ENTRE POTÊNCIA DE 
SAÍDA E PESO NAS TURBINAS A GÁS, O QUE AS TORNAM ATRATIVAS PARA APLICAÇÕES 
EM TRANSPORTE, PODENDO-SE CITAR, COMO EXEMPLO, A PROPULSÃO DE AERONAVES 
E EMBARCAÇÕES.” FONTE: MORAN, M. J; SHAPIRO, H. N. PRINCÍPIOS DE 
TERMODINÂMICA PARA ENGENHARIA. RIO DE JANEIRO: LTC S.A., 6. ED. 2009. 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E O CONTEÚDO ESTUDADO SOBRE 
CICLOMOTORES A GÁS, ANALISE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR. 
 
I. SEGUNDO HIPÓTESES DE UMA ANÁLISE DE AR PADRÃO, O AUMENTO DE 
TEMPERATURA NO PROCESSO DE COMBUSTÃO SE DÁ POR TRANSFERÊNCIA DE 
CALOR DE UMA FONTE EXTERNA PARA O FLUIDO DE TRABALHO. 
II. NO CICLO BRAYTON, UM TROCADOR DE CALOR ENTRE A TURBINA E 
COMPRESSOR REDUZ A TEMPERATURA DE SAÍDA DA TURBINA AOS NÍVEIS DE 
ENTRADA DO COMPRESSOR. 
III. UM CICLO PADRÃO DE POTÊNCIA BRAYTON É COMPOSTO POR: UM 
COMPRESSOR, DOIS TROCADORES DE CALOR E UMA TURBINA. 
IV. O CICLO BRAYTON É O CICLO IDEAL DE POTÊNCIA A GÁS, COMPOSTO POR 
CALDEIRA, TURBINA, TROCADOR DE CALOR E BOMBA. 
ESTÁ CORRETO APENAS O QUE SE AFIRMA EM: 
 
A. II E III. 
B. I, II E III. (CORRETA) 
C. I, III E IV. 
D. II, III E IV. 
E. I E II. 
 
3. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“UMA FUNÇÃO NECESSÁRIA À TURBINA É CONDUZIR O COMPRESSOR. SOMENTE NOS 
ANOS 1940 A TURBINA GEROU ENERGIA SUFICIENTE PARA CONDUZIR O COMPRESSOR 
E TER ENERGIA ADICIONAL PARA SER COMPETITIVA COM MOTORES DE PISTÃO. SE A 
TURBINA E O COMPRESSOR TIVESSEM SOMENTE 80% DE EFICIÊNCIA, UM MOTOR DE 
TURBINA A GÁS NÃO SERIA COMPETITIVO. À MEDIDA QUE A EFICIÊNCIA AUMENTOU, 
OS MOTORES DE TURBINA A GÁS ENCONTRARAM DIVERSAS APLICAÇÕES. TALVEZ A 
MAIS COMUM SEJA O MOTOR DE TURBINA A GÁS QUE ALIMENTA AS ATUAIS 
AERONAVES COMERCIAIS.”FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA 
ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, P. 316. 
CONSIDERE UM CICLO DE POTÊNCIA A GÁS IDEAL, COM 3,4 [KG/S] DE FLUXO DE MASSA 
DE AR, QUE ENTRA EM UM COMPRESSOR A UMA PRESSÃO DE 0,1 MPA E TEMPERATURA 
25°C E DEIXA-O A UMA PRESSÃO DE 0,8 MPA. O AR SAI DO COMBUSTOR COM UMA 
TEMPERATURA MÉDIA DE 527°C. 
 
FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO 
PAULO: TRILHA, 2016, P. 320. (ADAPTADO) 
COM BASE NESSAS INFORMAÇÕES E ANALISANDO AS PROPRIEDADES 
TERMODINÂMICAS DO SISTEMA, PODE-SE AFIRMAR QUE, DE ACORDO COM A HIPÓTESE 
DE AR-PADRÃO FRIO, A TEMPERATURA COM A QUAL O AR SAI DA TURBINA É: 
 
A. 527K. 
B. 441K. (CORRETA) 
C. 337K. 
D. 273K. 
E. 800K. 
 
4. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“NOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA, O COMBUSTÍVEL QUEIMA DENTRO DO 
MOTOR ENQUANTO NOS MOTORES DE COMBUSTÃO EXTERNA, A COMBUSTÃO 
OCORRE NA PARTE EXTERNA DO APARELHO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA. TRATA-SE DE 
MOTORES QUE CONVERTEM A ENERGIA QUÍMICA ARMAZENADA NO COMBUSTÍVEL EM 
TRABALHO MECÂNICO.”FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA 
ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, P. 292-293. (ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E O CONTEÚDO ESTUDADO SOBRE OS CICLOS 
MOTORES A GÁS, ANALISE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR. 
 
I. O CICLO DE CARNOT É UTILIZADO COMO MODELO IDEAL PARA CICLOS DE 
POTÊNCIA A GÁS DE GERAÇÃO DE ENERGIA. 
II. MOTORES DIESEL NÃO APRESENTAM VELA E A IGNIÇÃO OCORRE POR 
COMPRESSÃO, QUANDO O COMBUSTÍVEL É INJETADO NO VOLUME DE ALTA 
TEMPERATURA. 
III. O MOTOR BASEADO NO CICLO IDEAL OTTO APRESENTA IGNIÇÃO POR FAÍSCA 
E É COMUMENTE UTILIZADO EM AUTOMÓVEIS DE PASSEIO E 
MOTOCICLETAS. 
IV. OS MOTORES DO CICLO DE POTÊNCIA BRAYTON SE CARACTERIZAM POR 
APRESENTAREM MOTORES DE POTÊNCIA MOVIDOS A VAPOR. 
 
ESTÁ CORRETO APENAS O QUE SE AFIRMA EM: 
 
A. I, II E IV. 
B. I E II. 
C. II E III. (CORRETA) 
D. II E IV. 
E. I, III E IV. 
 
5. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“EM UM CICLO BRAYTON SIMPLES, É DITO COMO UM PROCESSO DE QUASE-EQUILÍBRIO 
EM UM COMPRESSOR OU TURBINA O PROCESSO IDEAL QUE PROPORCIONA A 
TEMPERATURA MÍNIMA NA SAÍDA PARA UM COMPRESSOR REAL [...]. AS INEFICIÊNCIAS 
NA TURBINA E NO COMPRESSOR SÃO DECORRENTES PRINCIPALMENTE DAS PERDAS 
ASSOCIADAS AO FLUXO DE GASES AO REDOR DAS PÁS DA TURBO MÁQUINA. AS PÁS 
SÃO MUITO COMPLEXAS E LIMITAM A ALTA TEMPERATURA NA TURBINA.”FONTE: 
KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: 
TRILHA, 2016, P. 315-316. 
CONSIDERE A FIGURA QUE REPRESENTA A MODELAGEM DE UMA TURBINA A GÁS DE 
CICLO FECHADO, OPERANDO SEGUNDO O CICLO BRAYTON IDEAL: 
 
FONTE: ÇENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. TERMODINÂMICA. 5. ED. SÃO PAULO: MCGRAW-
HILL, 2006. (ADAPTADO). 
OBSERVANDO OS VALORES DE TEMPERATURA NA ENTRADA E SAÍDA DE CADA 
COMPONENTE E CONSIDERANDO CP = 1[KJ/KG.K] CONSTANTE, E O FLUXO DE MASSA 
IGUAL A 0,5 [KG/S], QUAL ALTERNATIVA MELHOR REPRESENTA O RENDIMENTO E A 
POTÊNCIA LÍQUIDA DA TURBINA? 
 
A. 62% E 150KW. 
B. 38% E 80KW. 
C. 44% E 110KW. (CORRETA) 
D. 56% E 140KW. 
E. 25% E 62KW. 
 
6. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“A MAIOR DIFERENÇA ENTRE A TURBINA A VAPOR E A TURBINA A GÁS, ESTÁ NO 
COMBUSTÍVEL UTILIZADO. AS TURBINAS A VAPOR UTILIZAM ÁGUA COMO FLUIDO DE 
TRABALHO, QUE PODE SER REUTILIZADO DURANTE O PROCESSO, JÁ AS TURBINAS A 
GÁS, UTILIZAM COMBUSTÍVEIS QUE LIBERAM DIFERENTES GASES DURANTE A 
COMBUSTÃO E QUE NÃO SÃO REUTILIZADOS NA PRODUÇÃO DE TRABALHO.”FONTE: 
KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: 
TRILHA, 2016, P. 316. (ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E O CONTEÚDO ESTUDADO SOBRE OS CICLOS 
MOTORES A GÁS, ANALISE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR. 
 
I. A TURBINA A GÁS REAL DIFERE DO CICLO IDEAL, DEVIDO ÀS 
IRREVERSIBILIDADES NO COMPRESSOR E NA TURBINA E NA PERDA DE CARGA 
NAS PASSAGENS DO FLUIDO. 
II. NA TURBINA DO CICLO MOTOR A GÁS, O FLUIDO DE TRABALHO APRESENTA 
MUDANÇA DE FASE DURANTE O PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA. 
III. O COMPRESSOR UTILIZA UMA PEQUENA QUANTIDADE DE TRABALHO NA 
SUA OPERAÇÃO, EM COMPARAÇÃO AO TRABALHO GERADO NA TURBINA. 
IV. PODE-SE MELHORAR O RENDIMENTO DO CICLO DE TURBINA A GÁS PELA 
INTRODUÇÃO DE UM REGENERADOR NO CICLO DE POTÊNCIA. 
 
ESTÁ CORRETO APENAS O QUE SE AFIRMA EM: 
 
A. I E IV. (CORRETA) 
B. I E II. 
C. II, III E IV. 
D. I, II E III. 
E. III E IV. 
 
7. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“CONSIDERANDO O PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES A COMBUSTÃO, O 
CICLO IDEAL USADO PARA MODELAR A TURBINA A GÁS É O CICLO BRAYTON. A TURBINA 
A GÁS PODE OPERAR EM UM CICLO ABERTO OU EM UM CICLO FECHADO, 
DIFERENTEMENTE DOS DEMAIS MOTORES.”FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. 
TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, P. 149. 
(ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E O CONTEÚDO ESTUDADO SOBRE 
CICLOMOTORES A GÁS, PODE-SEAFIRMAR QUE, UMA DIFERENÇA ENTRE O CICLO 
ABERTO E O FECHADO É QUE, NESSE ÚLTIMO, HÁ A PRESENÇA DE UM COMPONENTE 
ADICIONAL, OU SEJA, DE UM(A): 
 
A. COMPRESSOR. 
B. TROCADOR DE CALOR. (CORRETA) 
C. VÁLVULA DE EXPANSÃO. 
D. BOMBA. 
E. TURBINA. 
 
8. “O CICLO BRAYTON É O CICLO MOTOR CUJO FLUIDO DE TRABALHO É UM GÁS, 
NORMALMENTE O AR, QUE MOVIMENTA UMA TURBINA PARA GERAÇÃO DE 
ENERGIA. O CICLO BRAYTON FOI O PRIMEIRO PATENTEADO COMO UM MOTOR DE 
PISTÃO POR GEORGE BRAYTON EM 1872 E DEPOIS, NOS ANOS 1920, COMO UM 
MOTOR QUE OPEROU NO CICLO BRAYTON POR MEIO DE UM COMPRESSOR E UMA 
TURBINA.”FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA 
ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, P. 315. 
CONSIDERE UM CICLO DE POTÊNCIA A GÁS IDEAL, COM FLUXO DE 2,5 [KG/S] DE 
MASSA DE AR, QUE APRESENTA NA ENTRADA DO COMPRESSOR UMA PRESSÃO DE 
0,1 MPA E TEMPERATURA DE 25°C, E DEIXA O COMPRESSOR COM UMA PRESSÃO DE 
CERCA DE 0,8 MPA. O AR SAI DO COMBUSTOR COM UMA TEMPERATURA MÉDIA DE 
527°C. 
 
FONTE: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO 
PAULO: TRILHA, 2016, P. 320. (ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E ANALISANDO AS PROPRIEDADES 
TERMODINÂMICAS DO SISTEMA, PODE-SE AFIRMAR QUE A QUANTIDADE DE CALOR 
QUE ENTRA NO COMBUSTOR É DE: 
 
A. 725 KW. 
B. 845 KW. 
C. 650 KW. (CORRETA) 
D. 540 KW. 
E. 527 KW. 
 
9. LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“O CICLO RANKINE É CONSIDERADO O CICLO PADRÃO IDEAL PARA OPERAÇÕES COM 
VAPOR E TROCAS DE FASE, É COMPOSTO POR QUATRO PROCESSOS INTERNAMENTE 
REVERSÍVEIS, UTILIZANDO ÁGUA COMO FLUIDO DE TRABALHO. [...] O CICLO BRAYTON 
É CONSIDERADO O CICLO IDEAL PARA PROCESSOS QUE NÃO ENVOLVEM TROCA DE 
FASE, UTILIZA O AR COMO FLUIDO DE TRABALHO E É COMPOSTO POR QUATRO 
PROCESSOS, SENDO DOIS ISOBÁRICOS E DOIS ISENTRÓPICOS.”FONTE: KROOS, K. A.; 
POTTER, M.C. TERMODINÂMICA PARA ENGENHEIROS. 1. ED. SÃO PAULO: TRILHA, 2016, 
P. 145-315. (ADAPTADO). 
CONSIDERANDO ESSAS INFORMAÇÕES E OS CONTEÚDOS ESTUDADOS SOBRE O ESTADO 
DO FLUIDO DE TRABALHO NO CICLO BRAYTON, PODE-SE AFIRMAR QUE ESSE SE 
ENCONTRA: 
 
A. NO PONTO TRIPLO. 
B. NA FASE GÁS. (CORRETA) 
C. EM EBULIÇÃO. 
D. NA FASE LÍQUIDA. 
E. EM FUSÃO. 
 
LEIA O TRECHO A SEGUIR: 
“O RENDIMENTO DO CICLO DE TURBINA A GÁS PODE SER MELHORADO PELA 
INTRODUÇÃO DE UM REGENERADOR. A FIGURA ABAIXO, MOSTRA O ESQUEMA DO 
CICLO SIMPLES DE TURBINA A GÁS, DE CICLO ABERTO E COM REGENERADOR, E OS 
DIAGRAMAS P-V E T-S CORRESPONDENTES AO CICLO PADRÃO A AR IDEAL COM 
REGENERADOR. NOTE QUE NO CICLO 1-2-X-3-4-Y-1 A TEMPERATURA DO GÁS DE 
EXAUSTÃO, QUE DEIXA A TURBINA NO ESTADO 4, É MAIOR DO QUE A TEMPERATURA 
DO GÁS QUE DEIXA O COMPRESSOR. ASSIM, O CALOR PODE SER TRANSFERIDO DOS 
GASES DE DESCARGA DA TURBINA PARA OS GASES A ALTA PRESSÃO QUE DEIXAM O 
COMPRESSOR”. 
 
FONTE: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. FUNDAMENTOS DA 
TERMODINÂMICA CLÁSSICA. 4. ED. SÃO PAULO: BLUCHER, 2013, P. 268. (ADAPTADO). 
CONSIDERE UM CICLO DE POTÊNCIA A GÁS OPERANDO COM REGENERADOR A UMA 
RAZÃO DE PRESSÃO IGUAL A 10. O AR ENTRA NO COMPRESSOR A UMA TEMPERATURA 
DE 300 K E NA TURBINA A 1200 K. A PARTIR DESSAS INFORMAÇÕES, PODE-SE AFIRMAR 
QUE O TRABALHO LÍQUIDO PRODUZIDO NA TURBINA E A EFICIÊNCIA TÉRMICA DO CICLO 
SÃO: 
 
A. WLIQ= 432,35 [KJ/KG]; Η=53,5%. 
B. WLIQ= 280,56 [KJ/KG]; Η=48,6%. 
C. WLIQ= 389,23 [KJ/KG]; Η=50,8%. 
D. WLIQ= 322,26 [KJ/KG]; Η=52,5%. 
E. WLIQ= 299,20 [KJ/KG]; Η=51,7%. (CORRETA)