(AOL 1) Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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1. Pergunta 1 
1/1 
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 obedece ao fluxo de calor sempre da fonte fria para a fonte quente. 
3. 
uma Máquina Térmica sempre rejeita parte do calor retirado da fonte quente para a fonte 
fria. 
Resposta correta 
4. 
uma Máquina Térmica pode ter um rendimento de até 100%. 
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. 
2. Pergunta 2 
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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. 
 
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. 
1245 [kJ/kg]. 
4. 
1668 [kJ/kg]. 
5. 
1868 [kJ/kg]. 
Resposta correta 
3. Pergunta 3 
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Leia o trecho a seguir: 
 
“Turbinas a vapor são dispositivos das máquinas térmicas amplamente utilizadas em ciclos de 
potência, como nos ciclos de Rankine e são capazes de converter trabalho mecânico em energia 
elétrica”. 
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica 
Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013. 
 
Em relação às turbinas a vapor, considerando os assuntos estudados nos ciclos de potência a vapor, 
analise as afirmativas a seguir: 
 
I. Em turbinas de reação, a pressão de vapor na entrada dos canais formados pelas palhetas é menor 
ou igual à pressão na saída. 
 
II. Nas turbinas de ação, o vapor é parcialmente expandido em uma ou mais boquilhas fixas, antes de 
atingir as pás do rotor. 
 
III. O expansor é um órgão essencial, pois é onde a energia de pressão do vapor se transforma em 
energia cinética. 
 
IV. Nas turbinas a geração de energia se faz pela conversão de calor em trabalho. 
Está correto apenas o que se afirma em: 
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1. 
III e IV. 
Resposta correta 
2. 
II e IV. 
3. 
I e III. 
4. 
I e II. 
5. 
II e III. 
4. Pergunta 4 
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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: 
 
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: 
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1. 
Rankine com reaquecimento. 
Resposta correta 
2. 
Brayton combinado. 
3. 
frigorífico de absorção de amônia. 
4. 
Rankine simples. 
5. 
Rankine regenerativo com aquecimento de água. 
5. Pergunta 5 
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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. 
 
 
 
 
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. 
450 kW. 
2. 
21,4 kW. 
3. 
190,18 kW 
Resposta correta 
4. 
656 kW. 
5. 
89,5 kW. 
6. Pergunta 6 
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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. 
existência de queimadores concentrados em um ponto na área de passagem do gás. 
3. 
uso preferencial de combustíveis líquidos, principalmente em usinas termelétricas a gás 
natural. 
4. 
aumento da temperatura e/ou disponibilidade energética do gás, visando a atender a demanda 
de vapor. 
Resposta correta 
5. 
controle da temperatura de subaquecimento. 
7. Pergunta 7 
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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. 
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 
2. 
a rotação da máquina a vapor equivale à rotação da turbina a vapor. 
3. 
a máquina a vapor dispensa o uso do mecanismo biela-manivela. 
4.as vibrações da máquina a vapor são menores do que as da turbina a vapor. 
5. 
a máquina a vapor possui um baixo conjugado de partida, enquanto na turbina o conjugado 
do vapor é alto. 
8. Pergunta 8 
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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. 
250 J. 
5. 
600 J. 
9. Pergunta 9 
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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, F, V, V. 
4. 
V, V, F, F. 
5. 
V, V, V, F. 
Resposta correta 
10. Pergunta 10 
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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. 
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1. 
Causa: não há alimentação elétrica no painel da caldeira. Solução: reparar instalação elétrica 
da caldeira. 
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: a válvula de segurança da caldeira está desajustada, liberando a pressão 
desnecessariamente. Solução: calibrar a válvula para pressão acima da PMTA.