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ENGENHARIA MECÂNICA/9° PERÍODO PROF: FELIPE COSTA NOVO MALHEIROS DISCIPLINA: OPTATIVA I – MÁQUINAS TÉRMICAS parte 02 Aluno(a): ________________________________________ DATA: 21/03/2014 QUESTÃO 01 (ENADE 2011) – 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. MORAN, M. J., SHAPIRO, H. N. Princípios de Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro: LTC S.A., 6.ª ed., 2009. Considere uma turbina a gás, que opera em modo fechado, analisada por meio do ciclo de ar-padrão Brayton, conforme figura a seguir acompanhada do diagrama T × s (temperatura versus entropia específica) correspondente. Sob essas condições, avalie as afirmações que se seguem. I. De acordo com as hipóteses de uma análise de ar-padrão, o aumento de temperatura que seria obtido no processo de combustão é alcançado por transferência de calor de uma fonte externa para o fluido de trabalho. Esse fluido de trabalho é considerado o ar como gás ideal. II. O ar, ao passar pela turbina, sairia para a atmosfera em uma condição de temperatura mais alta do que quando foi admitido ao compressor. No ciclo de ar-padrão Brayton, idealiza-se um trocador de calor entre a turbina e o compressor, para rejeição de calor, a fim de reduzir a temperatura na saída da turbina aos níveis da entrada no compressor. III. Um ciclo de ar-padrão Brayton é composto por quatro equipamentos: um compressor que eleva a pressão do ar para sua entrada na turbina, um trocador de calor que é responsável pelo aumento da temperatura para a entrada do ar na turbina, uma turbina e outro trocador de calor que reduz a temperatura do ar na saída da turbina, aos mesmos níveis de sua entrada no compressor. É correto o que se afirma em I, apenas. II, apenas. I e III, apenas. II e III, apenas. I, II e III. QUESTÃO 02 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2012/1) – As centrais modeladas pelo ciclo Brayton podem operar tanto em sistema aberto quanto em sistema fechado. Os principais equipamentos utilizados na operação em sistema fechado são: compressor, turbina e trocador de calor compressor, turbina e câmara de combustão ou combustor compressor, válvula de expansão e bomba turbina, caldeira e trocador de calor bomba, caldeira e trocador de calor QUESTÃO 03 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2012/1) – Nas turbinas de ação, o jato de vapor incide diretamente sobre as palhetas. Tais turbinas são constituídas de bocais fixos onde o vapor, ao passar, se expande, o que diminui a pressão e aumenta a velocidade. se expande, o que aumenta a pressão e diminui a velocidade. se expande, o que aumenta a pressão e aumenta a velocidade. é comprimido, o que aumenta a pressão e aumenta a velocidade. é comprimido, o que diminui a pressão e diminui a velocidade. QUESTÃO 04 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2012/1) – O ciclo de Rankine é o modelo ideal para uma unidade motora simples a vapor. Nesse ciclo, o fluido de trabalho: apresenta mudança de fase, sendo tal ciclo composto por dois processos isobáricos e dois isoentrópicos. apresenta mudança de fase, sendo tal ciclo composto por dois processos isocóricos e dois isotérmicos. permanece no estado gasoso, sendo tal ciclo composto por dois processos isobáricos e dois isoentrópicos. permanece no estado gasoso, sendo tal ciclo composto por dois processos isocóricos e dois isotérmicos. permanece no estado líquido, sendo tal ciclo composto por dois processos isoentrópicos e dois isotérmicos. QUESTÃO 05 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2012/1) – O rendimento η do ciclo ideal de Rankine pode ser escrito em função do calor fornecido ao ciclo, qH, e do calor rejeitado, qL, como: QUESTÃO 06 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2011) – Com relação ao ciclo Brayton, analise as afirmativas a seguir. I – A turbina a gás real difere do ciclo ideal, principalmente devido às irreversibilidades no compressor e na turbina, e à perda de carga nas passagens do fluido e na câmara de combustão (ou no trocador de calor para um ciclo fechado). II – O fluido de trabalho apresenta mudança de fase. III – O compressor utiliza uma pequena quantidade de trabalho na sua operação, em comparação ao trabalho gerado na turbina. IV – O rendimento do ciclo de turbina a gás pode ser melhorado pela introdução de um regenerador. Estão corretas APENAS as afirmativas I e II. I e IV. III e IV. I, II e III. II, III e IV. QUESTÃO 07 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2011) – O ciclo Brayton é o ciclo ideal para a turbina a gás simples. Qual gráfico pressão-volume se refere especificamente a esse ciclo? QUESTÃO 08 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2011) – O ciclo de Rankine é o modelo ideal para as centrais térmicas a vapor utilizadas na produção de potência. No entanto, sabe-se que um ciclo real se afasta de um ciclo ideal, uma vez que ocorrem várias perdas. Com relação a essas perdas, 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 – A perda de carga provocada 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. Estão corretas APENAS as afirmativas I e II. I e IV. III e IV. I, II e III. II, III e IV. QUESTÃO 09 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2011) – No ciclo de Rankine ilustrado na figura acima, o calor rejeitado no condensador vale em módulo 1.950 kJ/kg, e o calor recebido na caldeira corresponde em módulo a 3.000 kJ/kg. Com base nesses dados, para o rendimento do ciclo, tem-se 16,5% 25,4% 28,6% 35,0% 54,0% QUESTÃO 10 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2011) – As turbinas a vapor de vários conjuntos de pás no mesmo eixo, conforme o modo de disposição dos estágios, são classificadas como turbinas de estágios de: temperatura; velocidade; e temperatura e velocidade. temperatura; pressão; e temperatura e pressão. pressão; entropia; e pressão e entropia. pressão; velocidade; e pressão e velocidade. pressão; entalpia; e pressão e entalpia. QUESTÃO 11 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2010) – Dentre os diagramas Pressão – Velocidade apresentados a seguir, aquele que corresponde a uma turbina a vapor com escalonamento de pressão (turbina Rateau) é: QUESTÃO 12 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2010) – A respeito dos aspectos teóricos e práticos sobre o ciclo Brayton, sabe-se que é possível avaliar o rendimento térmico com o conhecimento das temperaturas de entrada e saída do compressor, para o ciclo de Brayton ideal, considerando a análise de ar padrão frio. inserir um regenerador no ciclo Brayton de ar-padrão, visando ao reaproveitamento dos gases de exaustão na turbina, porém este procedimento acarretará uma queda no rendimento térmico do ciclo. ser representado em um diagrama pressão-volume específico através de um retângulo, no caso do ciclo Brayton ideal de ar-padrão. acrescentar um difusor antes do compressor, o que faz com que a velocidade do ar seja aumentada em uma turbina a gás estacionária. introduzir um bocal, após a turbina com descarga subsônica, com o objetivo de aumentar a pressão conforme o gás escoa por este último equipamento. QUESTÃO 13 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior –2006) – O diagrama temperatura - entropia, abaixo, mostra o efeito da razão de compressão sobre o Ciclo Brayton ideal. O ponto 3 representa a entrada na turbina. Considere as afirmações a seguir, referentes à figura. I - A eficiência térmica do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1 é menor do que a do ciclo 1-2-3-4-1. II - O trabalho líquido por unidade de massa do ciclo 1-2-3-4-1 é maior do que o do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1. III - Em aplicações onde o peso da instalação é um fator limitante, é preferível operar com a razão de compressão do ciclo 1-2-3-4-1 do que a do ciclo 1-2’-3’’-4’’-1. Está (ão) correta(s) a(s) afirmação(ões): I, apenas. I e II, apenas. I e III, apenas. II e III, apenas. I, II e III. QUESTÃO 14 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Pleno – 2005) – Dentre os sistemas de geração de potência listados abaixo, aquele que apresenta o maior rendimento térmico é o ciclo de Rankine: Ideal Com superaquecimento Que leva em conta as irreversibilidades da turbina Que leva em conta as irreversibilidades da bomba Que leva em conta as irreversibilidades da combustão QUESTÃO 15 (Petrobrás – Engenheiro de equipamentos Júnior – 2006) – A figura abaixo representa um esquema de um Ciclo Brayton com regeneração, juntamente com o seu diagrama temperatura-entropia. A eficiência térmica do regenerador é um parâmetro que mede o grau de afastamento entre o processo que ocorre em um regenerador real e aquele que ocorreria em um regenerador que operasse sem irreversibilidades. A expressão para a eficiência térmica (η) do regenerador em função das entalpias (h) dos pontos assinalados no esquema é: Considere o ciclo de ar padrão ideal Brayton da figura abaixo para responder às questões de n° 16 e 17 QUESTÃO 16(Petrobrás – PETROBIO – 2010) – O rendimento térmico do ciclo apresentado é dado, em %, por 22,0 33,3 38,1 44,4 77,7 QUESTÃO 17(Petrobrás – PETROBIO – 2010) – O valor da razão de trabalho reverso, em %, para o ciclo, é 14,2 27,8 35,1 42,9 67,7
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