AOL 1 Sistemas Térmicos e Fluidomecânicos

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Pergunta 1
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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.
Causa: a alimentação de ar para a combustão está ineficiente. Solução: ajustar o insuflador de 
ar de combustão.
Pergunta 2
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Leia o trecho a seguir:
“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:
400 J.
Pergunta 3
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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. 
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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 decorrem principalmente 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:
I e II.
Pergunta 4
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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 
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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:
500 K.
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 
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permanente num ciclo Rankine ideal de potência.
img_BQ1 - Sistemas Térmicos e Fluidosmecânicos - q10.png
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 (h1 - h2) = 
900 kJ/kg e velocidade abre parênteses numerador V com 2 subscrito ao quadrado espaço 
menos espaço V com 1 subscrito ao quadrado sobre denominador 2 fim da fração fecha 
parênteses = 1,5 kJ/kg, podemos afirmar que a taxa de transferência de calor em [kW], entre a 
turbina e a vizinhança é de:
-797.
Pergunta 6
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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 ar 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 
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mantido a 100 kPa.
img_BQ1 - Sistemas Térmicos e Fluidosmecânicos - q07.PNG
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 ar.
333 kW.
Pergunta 7
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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:
img_BQ1 - Sistemas Térmicos e Fluidosmecânicos - q15.png
Fonte: KROOS, K.A.; POTTER, M.C. Termodinâmica para engenheiros. 1ª Ed. - São Paulo: Ed. 
Trilha, 2016. (Adaptado).
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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:
35,0%.
Pergunta 8
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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 éparcialmente 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 
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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:
III e IV.
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:
uma a máquina a vapor pode inverter o sentido de rotação, ao passo que a turbina a vapor 
mantém inalterado o sentido de rotação.
Pergunta 10
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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:
aumento da temperatura e/ou disponibilidade energética do gás, visando a atender a demanda 
de vapor.
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