DOL 01 - SISTEMAR TE´RMICOS E FLUÍDOSMECÂNICOS

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Conteúdo do exercício 
1. Pergunta 1 
1/1 
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. 
1868 [kJ/kg]. 
Resposta correta 
2. 
2536 [kJ/kg]. 
3. 
1245 [kJ/kg]. 
4. 
1668 [kJ/kg]. 
5. 
680 [kJ/kg]. 
2. Pergunta 2 
1/1 
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 dispensa o uso do mecanismo biela-manivela. 
3. 
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 
4. 
a máquina a vapor possui um baixo conjugado de partida, enquanto na 
turbina o conjugado do vapor é alto. 
5. 
a rotação da máquina a vapor equivale à rotação da turbina a vapor. 
3. Pergunta 3 
0/1 
Leia o trecho a seguir: 
 
“A sustentabilidade de energia é essencial para o futuro do ser humano. Sem energia, 
não existe economia. Os problemas com sustentabilidade de recursos de água e 
produção de alimentos podem estar diretamente ligados à disponibilidade de energia”. 
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: 
Ed. Trilha, 2016. 
 
Considerando as informações apresentadas e o conteúdo estudado sobre os efeitos da 
variação da pressão e temperatura nos ciclos de potência a vapor, considere o ciclo de 
Rankine ideal ilustrado a seguir 
 
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. - São 
Paulo: Ed. Trilha, 2016. (Adaptado). 
 
Admitindo que o calor rejeitado no condensador, em módulo, é cerca de 1.950 kJ/kg, e 
o calor recebido pela caldeira corresponde, em módulo, a 3.000 kJ/kg, podemos 
afirmar que o rendimento estimado do ciclo corresponde a: 
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1. 
28,6%. 
2. 
25,4%. 
3. Incorreta: 
45,0%. 
4. 
35,0%. 
Resposta correta 
5. 
30,8%. 
4. Pergunta 4 
1/1 
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. 
uso preferencial de combustíveis líquidos, principalmente em usinas 
termelétricas a gás natural. 
2. 
aumento da temperatura e/ou disponibilidade energética do gás, 
visando a atender a demanda de vapor. 
Resposta correta 
3. 
existência de queimadores concentrados em um ponto na área de 
passagem do gás. 
4. 
controle da temperatura de subaquecimento. 
5. 
aumento das áreas das superfícies de troca de calor. 
5. Pergunta 5 
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Leia o trecho a seguir: 
 
“A máquina térmica ideal é a de Carnot por estar associada, por assim dizer, a um 
princípio variacional, e por ser a máquina que maximiza os ganhos, ou seja, o trabalho 
que pode ser extraído sem alterar a entropia do universo. A máquina de Carnot tem 
um atributo a mais sobre qualquer outra máquina reversível por fixar um limite à 
rentabilidade, quer dizer, há um limite máximo por ciclo para extração de trabalho sem 
comprometer a reversibilidade do processo, sem degradar energia útil.” 
Fonte: OLIVEIRA, P.M.C. de; DECHOUM, K. Facilitando a compreensão da segunda lei da 
termodinâmica. Rev. Bras. Ensino Fís., São Paulo, v. 25, n. 4, pp. 359-363, 
Dec. 2003. Disponível em: 
<http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-
11172003000400004&lng=en&nrm=iso>. Acesso em: 29 jan. 2020. 
 
Considerando essas informações e o estudado dos ciclos de potência a vapor, observe a 
figura a seguir, na qual 2[kg/s] de vapor entra em uma turbina adiabática operando 
em regime permanente num ciclo Rankine ideal de potência. 
 
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo. 
Ed. Trilha, 2016. (adaptado). 
 
Admitindo que haja uma diferença de entalpia entre as seções de entrada e 
saída = 900 kJ/kg e velocidade = 1,5 kJ/kg, podemos afirmar que a taxa de 
transferência de calor em [kW], entre a turbina e a vizinhança é de: 
Ocultar opções de resposta 
1. 
-1800. 
2. 
-30. 
3. 
-797. 
Resposta correta 
4. 
-670. 
5. 
-2102. 
6. Pergunta 6 
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Leia o trecho a seguir: 
 
“No ciclo Rankine, o rendimento pode ser aumentado, pelo aumento da pressão no 
processo de fornecimento de calor. Entretanto, isso também aumenta o teor de 
umidade do vapor nos estágios de baixa pressão da turbina.” 
Fonte: WYLEN, G.V; SONNTAG, R; BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica 
Clássica. 4ª Ed. São Paulo: Ed. Blucher, 2013. 
 
Considere que um ciclo real de máquina a vapor apresente um rendimento menor em 
virtude de suas irreversibilidades. Levando em conta essa situação e o conteúdo 
estudado sobre o ciclo Rankine com reaquecimento, assinale a alternativa que indica 
um procedimento que conduzirá a um aumento na eficiência térmica do ciclo Rankine. 
Ocultar opções de resposta 
1. 
Diminuir a pressão do vapor que entra na turbina. 
2. 
Reduzir a temperatura do vapor que entra na turbina. 
3. 
Aumentar a pressão de condensação. 
4. 
Reduzir a pressão de condensação. 
Resposta correta 
5. 
Aumentar a temperatura de saída na bomba. 
7. Pergunta 7 
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Leia o trecho a seguir: 
 
“O ciclo de Rankine é considerado o modelo de ciclo ideal para as centrais térmicas a 
vapor utilizadas na produção de potência e geração de energia elétrica. Contudo, sabe-
se que um ciclo real se afasta de um ciclo ideal, uma vez que ocorrem várias perdas.” 
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. São Paulo: 
Ed. Trilha, 2016. 
 
Considerando essas informações e o conteúdo estudado em relação ao afastamento 
dos ciclos reais e ideais no padrão Rankine, analise as afirmativas a seguir: 
 
I. As perdas principais na turbina são aquelas associadas ao escoamento do fluido de 
trabalho, por meio dos canais e palhetas da turbina. 
 
II. As perdas na bomba decorremprincipalmente das irreversibilidades associadas ao 
escoamento do fluido. 
 
III. As perdas de carga provocadas pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente 
são as perdas mais importantes nas tubulações. 
 
IV. As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o 
conjunto. 
 
Está correto apenas o que se afirma em: 
Ocultar opções de resposta 
1. 
I e IV. 
2. 
II e III. 
3. 
II e IV. 
4. 
III e IV. 
5. 
I, II e III. 
Resposta correta 
8. Pergunta 8 
1/1 
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. 
Ocultar opções de resposta 
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: não há alimentação elétrica no painel da caldeira. Solução: 
reparar instalação elétrica da caldeira. 
5. 
Causa: a alimentação de combustível está obstruída. Solução: desobstruir 
tubulação de alimentação de combustível. 
9. Pergunta 9 
1/1 
“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: 
Ocultar opções de resposta 
1. 
350 J. 
2. 
600 J. 
3. 
500 J. 
4. 
400 J. 
Resposta correta 
5. 
250 J. 
10. Pergunta 10 
1/1 
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: 
Ocultar opções de resposta 
1. 
V, F, V, V. 
2. 
V, V, F, F. 
3. 
F, V, V, F. 
4. 
V, V, V, F. 
Resposta correta 
5. 
F, V, F, V.