MÁQUINAS TÉRMICAS

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1. 
A eficiência do motor de um automóvel é igual a 30%. Se o combustível que consome tem uma energia de 35.000 KJ/kg, qual é a quantidade de energia mecânica (trabalho útil) que o motor transforma com 1kg de combustível?
E. 
10.500 KJ
2. 
Um sistema de caldeira + turbina de uso industrial consome um material combustível de 1.000 KJ/ton. A caldeira foi abastecida com 15 toneladas de material combustível, e 7.000 KJ de energia térmica perderam-se na atmosfera. Qual foi a energia ou o trabalho líquido obtidos com essa quantidade de combustível?
B. 
8.000.000 J
3. 
A partir do sistema de caldeira + turbina industrial, que consome um material combustível de 1.000 KJ/ton e foi alimentada com 15 toneladas de material combustível, e 7000 KJ de energia térmica perderam-se na atmosfera, determine o rendimento dessa caldeira.
E. 
53%
4. 
O calor transferido de uma fornalha a uma máquina térmica é de 80 KJ. Se a máquina obteve uma potência mecânica de 1 KW durante 50 segundos, qual é o rendimento dessa máquina térmica?
A. 
0,625
Um motor de carro consome um combustível que tem 30.000 kJ/kg. Se o motor tem uma potência de 120 HP e um rendimento de 30%, em quanto tempo o motor estará funcionando à plena carga, se é alimentado com 5kg de combustível? 
B. 
8,4 minutos
 
Por definição, uma máquina térmica é aquela que consegue transformar energia térmica em _________________________________.
C. 
energia mecânica.
2. 
Para ser realizado trabalho (W) em uma máquina térmica, existe uma condição inicial a ser atendida. Que condição é essa?
E. 
A temperatura da fonte fria tem que ser menor que a da fonte quente.
3. 
Uma determinada máquina térmica tem como definição que a sua transferência de energia ocorre em um sistema fechado e que os elementos que a compõem são móveis. Qual a classificação dessa máquina?
D. 
Máquina térmica de deslocamento positivo.
4. 
Um motor absorve 10.000 J e realiza um trabalho de 3.000 J a cada ciclo. Qual será o calor dissipado em cada ciclo?
B. 
7.000 J.
5. 
Uma máquina produz 2.400 J de trabalho mecânico e rejeita 4.200 J de calor em cada ciclo. Qual será o valor de calor fornecido a cada ciclo e sua eficiência energética em percentual?
A. 
6.600 J  e 36,36%.
1. 
Um trocador de calor é caracterizado quanto aos seus aspectos construtivos e à sua funcionalidade. O trocador de calor composto por várias placas paralelas, as quais podem receber um fluxo de fluido frio entre dois fluxos de fluido quente de forma alternada recebe o nome de:
E. 
trocador de calor de placas.
2. 
Existem dois métodos de análise muito comuns usados em trocadores de calor: o método LMDT e o método da efetividade-NTU. Nesse contexto, o método LMDT é o mais indicado para quais análises?
D. 
Tipo e tamanho do trocador e determinação do coeficiente global de transferência de calor.
3. 
Normalmente, a transferência de calor em trocadores de calor ocorre pelo contato do fluido com as paredes da tubulação (ou das placas internas), seguido da transferência de calor ao longo da tubulação ou das placas e, finalmente, da transferência entre a superfície sólida (tubo ou placa) e o fluido na saída do trocador. Portanto, pode-se dizer que as formas de transferência de calor envolvidas nesse processo, são, respectivamente:
C. 
convecção, condução e convecção.
4. 
Considere que óleo quente deve ser resfriado por um trocador de calor, e que a água escoa pelo tubo do trocador, que é do tipo contracorrente, com coeficiente de convecção igual a 7600W/m²K. Para que o óleo seja resfriado, e sabendo que o coeficiente de transferência de calor por convecção do óleo vale 75W/m²K, qual será o coeficiente global de transferência de calor do trocador?​​​​​​​
B. 
74,26W/m²K.
5. 
O método da efetividade-NTU é utilizado para encontrar o coeficiente global de transferência de calor quando as temperaturas, na saída de um trocador de calor, são desconhecidas. A efetividade do método é calculada levando em consideração a relação entre quais grandezas?​​​​​​​
B. 
A taxa de transferência de calor pela taxa máxima de transferência de calor.
1. 
Um dos principais parâmetros de dimensionamento e análise de trocadores de calor é o coeficiente global de transferência de calor. Considere uma placa plana feita de aço, com condutividade térmica k=63W/mK e espessura 0.005 metros, fluido interno com coeficiente convectivo hi=2000W/m2K e fluido externo ho=1550W/m2K. Defina o coeficiente global de transferência de calor se for somada à placa uma resistência de incrustação de Rfi= 0,00017m2K/W.
B. 
Aproximadamente 717W/m2K.
2. 
Um trocador casco-tubo com arranjo de escoamento paralelo será usado para resfriar o óleo de um motor estacionário, que entra no trocador a 80°C e deve deixá-lo a 40°C. A vazão da corrente quente é 2kg/s. O trocador tem 42 tubos de 0,03m de diâmetro externo.
O coeficiente global do trocador é 900W/m2K. O fluido frio é água, entrando a 20°C com vazão de 3kg/s.
Calcule a área necessária de troca e o comprimento do trocador de calor. Despreze a condução na parede do tubo; o trocador está isolado em relação ao exterior.
D. 
Área de troca = 2,4m2.
Comprimento do trocador = 0,6m2.
3. 
Existem diversos modelos de trocadores de calor; cada um é projetado para atender certos tipos de aplicações. Sobre as características construtivas e operacionais dos trocadores de calor, podemos afirmar que:
E. 
Trocadores de calor de placa têm fácil manutenção, pois sua construção permite acesso fácil e retirada completa das partes em contato com os fluidos.
4. 
Um trocador de calor de duplo tubo é utilizado para aquecer água de uma piscina de 18°C até 27°C, a uma vazão de 0,82kg/s. Um sistema de aquecimento solar entrega 2kg/s de água quente a 90°C. O tubo tem parede fina e diâmetro externo de 10cm. Considere que o coeficiente global de transferência de calor é de 640W/m2K.
Utilizando o método da efetividade - NTU, calcule a área de troca necessária para obter o aquecimento referido. Estime também o comprimento do tubo.
D. 
Área de troca = 0,73m2.
Comprimento do tubo = 2,33m.
Trocadores de calor são equipamentos que podem ser analisados do ponto de vista termodinâmico e de transferência de calor; um parâmetro importante em sua análise é a capacidade térmica dos fluidos envolvidos. Há condições especiais em que algumas considerações adicionais podem ser tomadas. Assinale a alternativa que corresponda corretamente aos perfis de temperatura da figura a seguir. 
C. 
a) Delta T1 = Delta T2  | Ch = Cc | Delta é constante. 
b) Condensador | Tquente = constante |  Ch→ infinito.
c) Evaporador | Tfrio = constante |  Cc→ infinito.
1. 
A velocidade de uma aeronave é de 1200 km/h. Se a velocidade do som, no local, é de 333 m/s, o voo da aeronave é:
A. 
sônico.
2. 
Um viscosímetro constituído por dois cilindros concêntricos, denominado double-gap, com 30 cm de comprimento, é usado para medir a viscosidade de um fluido. O diâmetro externo do cilindro interno é de 9 cm e a folga entre os cilindros é de 0,18 cm. O cilindro interno gira a 250 rpm e o torque medido é de 1,4 N-m. A viscosidade do fluido é:
A. 
0,56 N/s-m​​​​​​​.
3. 
A água escoa em uma tubulação com velocidade média de 0,9 m/s. Determine a vazão, em m3/h, para uma tubulação com diâmetro de 1,2 mm e responda: qual o regime de escoamento? Adote ρ = 999,7 kg/m3  e μ = 1,307.10-3kg/m-s.​​​​​​​​​​
4. 
Uma bomba com potência de 10 kW é utilizada para transportar água e vencer uma diferença de pressão de 1000 kPa. Sabendo que valores médios de velocidade para a água estão entre 0,5 e 3 m/s, determine o intervalo de diâmetro da tubulação adequado.
E. 
Diâmetros entre 65 e 160 mm.
5. 
Quais dos equipamentos listados a seguir classificam-se como uma máquina térmica motriz?
C. 
Turbina a gás e turbina a vapor.
1. 
Um dos requisitos fundamentais para que uma máquina térmica possa existir é que ela opere segundo um ciclo fechado, absorvendo calor de uma fonte quente, QQ, que se encontra a uma temperatura TQ, e rejeite calor a uma fonte fria, QF, a qual se encontra a uma temperatura TF, além de realizartrabalho útil Wciclo no ciclo.
Suponha que um engenheiro, durante testes em uma máquina térmica recém-desenvolvida, constate que, por ciclo, essa máquina absorva 288kJ de energia de uma fonte quente e rejeite 150,84kJ de energia à fonte fria. Mediante essas informações, ele constata que essa máquina realiza trabalho útil, por ciclo, igual a:
E. 
137,16kJ.
2. 
Um dos requisitos fundamentais para que máquina e refrigeradores térmicos possam existir é que eles operem segundo um ciclo fechado. No caso específico de um refrigerador, o calor flui da fonte fria para a fonte quente mediante a realização de trabalho externo.
Suponha que um refrigerador doméstico com coeficiente de performance de 2,5 receba, por ciclo de funcionamento, 50J de trabalho externo. Respectivamente, qual é o calor retirado da fonte fria e o calor rejeitado para a fonte quente?
B. 
125J e 175J.
3. 
Refrigeradores são máquinas térmicas que operam em ciclo reverso, isto é, para fazer com que o calor flua da fonte fria para a fonte quente, é preciso realizar trabalho externo sobre a substância de trabalho, geralmente um gás denominado freon, cuja fórmula molecular é CCl2F2. Em um refrigerador doméstico, esse trabalho é realizado pelo compressor à custa de energia elétrica.
Suponha que um refrigerador doméstico realize 200J de trabalho sobre o gás para remover da câmara fria uma quantidade de calor de 610J. Nessas condições, o calor cedido à fonte quente e o coeficiente de performance desse refrigerador são de:
C. 
810J e 3,05.
4. 
Embora uma máquina de Carnot seja uma máquina idealizada, ela tem importância notável, pois estabelece o limite teórico máximo, no tocante à eficiência, que uma máquina real, operando sob as mesmas condições, isto é, às mesmas temperaturas das fontes quente e fria, pode atingir.
Considere uma máquina de Carnot que extraia 1kJ de energia térmica durante o processo de expansão isotérmica que ocorre a 573K. Determine, para essa máquina, a quantidade de energia térmica rejeitada durante o processo de compressão isotérmica que ocorre a 323K.
A. 
563,70J.
5. 
As máquinas de Carnot, mesmo sendo máquinas idealizadas, têm muitos propósitos úteis, como, por exemplo, a compreensão de processos perfeitamente reversíveis e o cálculo teórico do rendimento máximo de máquinas reais operando entre as mesmas temperaturas, além de embasarem ainda mais a Segunda Lei da Termodinâmica.
Um estudante, no intuito de compreender um pouco mais uma máquina de Carnot ideal, se depara com o seguinte problema proposto por um professor: se uma máquina térmica de Carnot, operando entre duas fontes com temperaturas de 373K e 333K tem potência de 500W, estime a taxa de calor absorvido e a taxa de calor rejeitado por essa máquina, além de sua eficiência. Para esse problema, os valores encontrados pelo estudante foram, respectivamente, de:
D. 
4.662,50J/s e 4.162,50J/s.
1. 
Qual é a diferença entre refrigeradores e bombas de calor?
B. 
O objetivo de um refrigerador é manter o espaço refrigerado a uma temperatura baixa, removendo o calor desse espaço. O objetivo de uma bomba de calor, entretanto, é manter o espaço aquecido a uma temperatura alta.
2. 
O compartimento de alimentos de um refrigerador é mantido a 6°C por meio da remoção de calor a uma taxa de 360 kJ/min. Se a energia necessária for fornecida ao refrigerador a uma taxa de 5 kW, determine o coeficiente de performance do refrigerador.
C. 
1,2
3. 
O compartimento de alimentos de um refrigerador é mantido a 6°C por meio da remoção de calor a uma taxa de 360 kJ/min. Se a energia necessária for fornecida ao refrigerador a uma taxa de 5 kW, determine a taxa com a qual o calor é rejeitado na sala em que está instalado o refrigerador.
D. 
660 kJ/min
4. 
Uma bomba de calor é utilizada para atender às necessidades de aquecimento de uma casa, mantendo-a a 23°C. Nos dias em que a temperatura externa cai para dc0010°C, estima-se uma perda de calor da casa a uma taxa de 80.000 kJ/h. Considerando que a bomba de calor nessas condições tem um COP de 3, determine a potência consumida pela bomba de calor.
C. 
26.666,67 kJ/h
5. 
Qual a diferença entre os enunciados de Kelvin-Planck e de Clausius?
A. 
O enunciado de Clausius fala que é impossível construir um dispositivo que funcione em um ciclo e não produza qualquer outro efeito que não seja a transferência de calor de um corpo com temperatura mais baixa para um corpo com temperatura mais alta. E o enunciado de Kelvin-Planck fala que é impossível, para qualquer dispositivo que opera em um ciclo, receber calor de um único reservatório e produzir uma quantidade líquida de trabalho.
1. 
Qual das afirmações abaixo é condizente com o enunciado de Kelvin-Planck da segunda lei da termodinâmica?
C. 
Uma máquina precisa rejeitar calor.
2. 
A primeira lei da termodinâmica (lei da conservação de energia) afirma que:
A. 
no ciclo realizado o estado inicial é igual ao estado final.
3. 
Relativo às afirmações, qual delas seria um dos motivos para atuarmos no controle de capacidade de um compressor?
B. 
Controlar o fluxo do processo
4. 
Considerando um processo de carga e descarga de um compressor, qual o número máximo de válvulas que conseguimos acionar em sequência?
E. 
Cinco.
5. 
Todos os métodos de controle de capacidade dos compressores têm como principal objetivo:
D. 
manter constante o valor de uma variável no processo.
Segundo padrões internacionais, a qualidade de ar aceitável para um ambiente interno é aquela em que o ar está isento de contaminantes em concentrações prejudiciais e em que uma grande maioria das pessoas expostas não expressem insatisfação. Dentro desse contexto, a taxa de renovação de ar recomendada para uma sala de aula é de 8 litros por segundo, por pessoa. Para garantir que uma sala de aula com capacidade para 50 pessoas medindo 100 m2 de área, mantenha qualidade de ar aceitável, foi proposto um sistema de ar condicionado com capacidade de vazão de 1600 m3/h. A respeito dessa proposição, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas. 
 I. O sistema é capaz de atender à demanda. 
PORQUE 
II. O sistema tem capacidade de fornecer mais de 15% de ar acima do mínimo necessário.
b.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, sendo que a II não é uma justificativa correta da I.
Um ambiente termicamente confortável é uma das condições que devem ser consideradas em projetos. A fim de projetar um ambiente interno com temperatura de 20° C para uma temperatura externa média de 35° C, um engenheiro considerou, no dimensionamento, um fluxo de calor através de uma parede externa de 105 W/m2, conforme ilustra a figura abaixo
 A tabela a seguir apresenta os valores de condutividade térmica para alguns materiais. 
 Material Condutividade Térmica λ (W∙m^(-1)∙K^(-1)) 
Concreto 1,40 
Pedra Natural 1,00 
Placa de aglomerado de fibras de madeira 0,20 
Placa de madeira prensada 0,10 
Placa com espuma rígida de poliuretano 0,03 
ABNT – NBR 15220-1 
 A fim de se obter a temperatura interna desejada, qual deve ser o material selecionado, entre os apresentados na tabela acima, para composição da parede externa?
c.
Concreto