Lista Maquinas Térmicas

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1 - Como se classificam as centrais termelétricas quanto ao processo de combustão? Explique e dê um exemplo para cada caso.
São classificadas em combustão interna e combustão externa.
Combustão externa: o combustível não entra em contato com o fluido de trabalho. Este é um processo usado principalmente nas centrais termelétricas a vapor, onde o combustível aquece o fluido de trabalho (em geral água) em uma caldeira até gerar o vapor que, ao se expandir em uma turbina, produzirá trabalho mecânico. 
 As centrais nucleares, embora não utilizem combustão, e sim, fissão nuclear, se incluem nesta classificação, uma vez que o processo de fissão não entra em contato direto com o fluido de trabalho.
Combustão interna: a combustão se efetua sobre uma mistura de ar e combustível. Dessa maneira, o fluido de trabalho será o conjunto de produtos da combustão. 
 A combustão interna é o processo usado principalmente nas turbinas a gás e nas máquinas térmicas a pistão (motores).
2 - Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão externa, indicando os diversos componentes e sua função.
Caldeira: Queima do combustível gerando calor que transforma líquido em vapor
Turbina: Expande o vapor (pressão passa de alta para baixa)
Gerador elétrico: Gera energia após o vapor se expandir na turbina
Condensador: Recebe vapor expandido da turbina, retira o calor e se obtém líquido 
Bomba: Bombeia o líquido de volta para a caldeira (Fecha o ciclo)
3 - Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão interna, indicando os diversos componentes e suas funções.
4 - De certo ponto de vista, as máquinas encarregadas de produzir a energia mecânica nas centrais termelétricas podem ser classificadas em máquinas de fluxo e máquinas a pistão. Apresente sucintamente a diferença entre elas e dê dois exemplos de cada.
A diferença é que as máquinas de fluxo não têm volume de fluídos confinados numa turbomáquina.
Exemplos de máquinas de fluxo: Turbina à Gás e motor de reação.
Máquinas a Pistão: Compressor rotativo e alternativo.
5 - Qual a semelhança e a diferença básica das centrais termelétricas convencionais em relação às nucleares? Cite a origem da energia calorífica nos dois casos e indique pelo menos duas fontes primárias (combustíveis) para cada caso.
6 - Os combustíveis de centrais termelétricas também podem ser divididos em renováveis e não renováveis. Cite as principais características de cada um desses tipos e dê pelo menos dois exemplos de cada.
- Combustíveis renováveis: Trata-se do combustível que pode ser obtido a partir de fontes naturais que podem renovar-se, a curto ou médio prazo, espontaneamente ou por intervenção humana, ou seja, que não se esgotam.
Alguns exemplos são: Etanol, Metanol e Biodiesel
- Combustíveis não renováveis: Trata-se do combustível que é obtido a partir de fontes que foram formadas durante milhões de anos como resultado da fossilização de animais e vegetais. Essas fontes, todavia, não podem ser repostas em virtude do tempo necessário para a sua formação. Possuem um elevado impacto ambiental. Em comparação às fontes renováveis, no geral, costumam ter um preço mais baixo. Por isso estas fontes são muito usadas por países mais pobres ou em processo de desenvolvimento. A queima de combustíveis fósseis gera poluição do ar, prejudicando a saúde das pessoas, principalmente nos grandes centros urbanos. Como são muito inflamáveis, os combustíveis de fontes não renováveis devem ser estocados com muito cuidado, pois o risco de explosão de reservatórios é elevado.
Alguns exemplos são: Gasolina, Óleo diesel, Querosene, Gás natural, Xisto betuminoso, Carvão, Gás liquefeito propano (GLP) e Urânio
 
7 - Qual a característica típica dos combustíveis renováveis de centrais termelétricas que os diferencia de outras fontes renováveis, como água, sol, vento? Explique sucintamente.
8 - Do ponto de vista de produtos derivados da vida urbana atual, cite os dois considerados principais para geração de energia elétrica. Explique sucintamente cada um deles.
9 - Apresente as principais características das centrais Diesel (tipo, características de funcionamento, dimensões, vantagens, desvantagens, problemas). No setor elétrico, qual a sua principal aplicação no Brasil?
10 - Qual o motivo do aumento recente da ênfase nas turbinas a gás no Brasil? Que indústria serviu de base para o desenvolvimento deste tipo de turbina?
11 - A potência disponível em uma máquina térmica acionada por um fluido pode ser dada por:
P=m x (h2-h1)
[kW]=[kg/s] x [kj/kg]
Sendo: 
1 - o índice correspondente ao estado do fluido na entrada da máquina;
2 - o índice correspondente ao estado do fluido na saída da máquina, explique sucintamente o significado de cada um dos componentes dessa equação e de onde ela é obtida.
P é a potência disponível; m é a massa de fluído passando pela transformação térmica, por unidade de tempo, em Kg/seg e h a entalpia específica do fluido, dada em KJ/Kg, sendo h¹ a entalpia de entrada da máquina térmica e h² a entalpia de saída da máquina térmica. Essa fórmula é extraída da máquina térmica onde todos os ciclos termodinâmicos poderão ser analisados.
12 - A fórmula da questão anterior refere-se a um processo ideal, sem perdas. O que acontece no processo real? Que grandeza representa essa diferença? Ilustre a resposta no diagrama h (entalpia) x S (entropia).
Na prática o processo é submetido a perdas e o trabalho realizado é menor que o obtido. A grandeza que representa essa perda é a entalpia (h). No diagrama abaixo, percebe-se que a única mudança é a entalpia, que quase não há uma variação perceptível de entropia.
13 - De forma geral, o rendimento das turbinas a vapor (0,86≤η≤0,92) não difere largamente daquele das turbinas hidráulicas. O rendimento total das centrais termelétricas, no entanto, difere muito do das centrais hidrelétricas. Indique os valores típicos para esses dois rendimentos totais e explique sucintamente a diferença, indicando o impacto dos outros componentes da central.
Os valores típicos de rendimentos de uma hidrelétrica são de 76% à 87%, de uma termelétrica de 36% à 60% dependendo do tipo utilizada. Os componentes que impactam diretamente numa hidrelétrica é a quantidade de vazão e queda d' água, e numa termelétrica são as entalpias e entropias que são a quantidade de energia térmica produzida e o quanto ela foi transformada em trabalho.
14 - Quais os diagramas básicos do vapor d'água usados para avaliações e cálculos dos ciclos térmicos das centrais termelétricas a vapor? Explique sucintamente e desenhe os diagramas.
São diagramas de entropia x temperatura, o 1º refere-se ao ciclo de superaquecimento e o 2º sem superaquecimento.
15 - Que tipos de ciclos térmicos são usados para estudar:
As centrais a vapor;
Além do ciclo de Carnot, o método utilizado é o Ciclo Rankine, porque é um ciclo termodinâmico que converte calor em trabalho.
As centrais a gás.
Além do ciclo de Carnot, o método utilizado é o Brayton, pois estas centrais utilizam um conjunto característico de três equipamentos: compressor, câmara de combustão e turbina.
16 - O ciclo teórico básico nos dois tipos de ciclos térmicos da questão 15 é o ciclo de Carnot. Que característica esse ciclo apresenta com relação aos ciclos reais? Quais são os ciclos práticos associados à análise de: a) centrais a vapor; b) centrais a gás rotativas; c) centrais Diesel a pistão.
A característica apresentada é a transformação de energia térmica em trabalho. Os ciclos práticos das Centrais a Vapor é o Ciclo Rankine, das Centrais a Gás é o Ciclo Brayton, as Centrais a Diesel a pistão é o Ciclo a Diesel.
17 - Faça o esquema de uma central a vapor, sem superaquecimento, indicando seus componentes principais. Apresente a representação dessa central no diagrama no diagrama temperaturax entropia (T,S), relacionando seus pontos com o esquema da central. Coloque no diagrama (T,S) o ciclo de Carnot e compare com o da central (Ciclo de Rankine).
A diferença é que neste ciclo Rankine não há superaquecimento e nele é levado em consideração a perda de calor para o meio, diferentemente do ciclo de Carnot.
18 - Efetue as requisições da questão 17, agora para central a vapor com superaquecimento. Identifique as principais diferenças com relação à central da questão 17.
A diferença entre estes ciclos é que no ciclo Rankine é levado em consideração a perda de calor para o meio.
19 - Qual o efeito de alterações na pressão e temperatura do ciclo de Rankine (central a vapor)? Explique, usando o diagrama (T,S).
É que com o aumento da pressão máxima do vapor, eleva - se também o valor da temperatura.
20 - Apresente o esquema de uma central a vapor com reaquecimento. Desenhe, para ela, o diagrama (T,S) e explique sucintamente as vantagens do reaquecimento.
Com as pressões mais altas são evitadas umidades quando a pressão está baixa na turbina.
21 - Efetue as mesmas requisições da questão 20, mas para uma central com regeneração. 
Utiliza - se o juntos o reaquecimento e regeneração com intuito de melhorar o rendimento total do sistema. Divide-se o sistema em módulos, como turbinas de alta pressão (expandindo o vapor até media pressão) em cascata com turbinas de media pressão (expandindo o vapor até baixa pressão) e de baixa pressão (expandindo até pressão do vapor do processo).
22 - Quais as características básicas dos ciclos térmicos a ar, usados para a análise de centrais a gás (tipo de combustão; tipo de ciclo das centrais a gás e aproximação nos ciclos de ar)? O que são as relações de:
Usam gás como fluido de trabalho.
Pressão isoentrópica.
Relação Pressão isoentrópica - P²/P¹, onde não há variação de temperatura.
Relação de compressão isoentrópica.
Relação de Compressão isoentrópica - V¹/V², onde há uma compressão do volume sem variação de temperatura.
Relação de calores específicos.
Relação de calores específicos - k = , relação dos valores de pressão e volume constantes.
23 - Quais as características básicas do ciclo Diesel? Diagramas PxV; TxS; equações básicas. Nos diagramas, indique os processos de cada etapa (isobárico, isoentrópico, etc.).
Troca de calor com pressão e volume constantes.
 
24 - Responda as mesmas questões da pergunta 23 considerando o ciclo Brayton, usado para análise das centrais a gás. Antes, apresente um esquema dos componentes das centrais a gás (ciclo aberto).
Representação da turbina a gás simples (ciclo aberto e fechado).
25 - Como funciona o processo de regeneração nas centrais a gás? Apresente e explique sucintamente as diferenças com relação às centrais a gás sem regeneração.
A diferença é dada pelos processos de compressão em vários estágios, resfriamento intermediário e vários estágios com reaquecimento e regeneração.
26 - O que é denominado ciclo combinado para as centrais termelétricas? Apresente um esquema, assim como uma explicação de seu funcionamento e vantagens.
É um processo que gera energia conjugando o Ciclo de Bryton (Turbina a Gás) com o Ciclo Rankine (Vapor).
Funcionamento - Todo o Vapor produzido por recuperação é empregado na turbina a vapor, retornando a caldeira por condensação. 
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, sem recuperação: I turbocompressor; II câmara câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque e excitatriz.
Esquema de uma instalação com turbina a gás em circuito aberto, estacionária, com recuperação; I turbocompressor; II câmara de combustão; III turbina a gás; IV alternador; V motor de arranque; VI excitatriz; VII recuperador de calor.
GERADOR
LÍQUIDO
LÍQUIDO
VAPOR (ALTA PRESSÃO)
CALOR
BOMBA
CALOR
CONDENSADOR
TURBINA
CALDEIRA
COMBUSTÍVEL
DO
QUEIMA
VAPOR (BAIXA PRESSÃO)