SISTEMAS MECÂNICOS

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SISTEMAS MECÂNICOS
Questão 1
As necessidades de iluminação de um depósito estão sendo atendidas com seis conjuntos de lâmpadas fluorescentes, sendo que cada conjunto contém quatro lâmpadas de 60 W cada. As lâmpadas permanecem acesas das 6 às 18 horas durante os 365 dias do ano. No momento, utiliza-se o depósito a uma média de três horas por dia. Considerando que o preço da eletricidade é de R$ 0,81/kWh, marque a alternativa que apresenta a quantidade de energia e o dinheiro economizado, respectivamente, como resultado da instalação de sensores de movimento.
a. 4740 kWh e R$ 3.840,00  
Questão 2
Uma sala de aula para 40 pessoas deve ser climatizada por meio de aparelhos de condicionamento de ar com capacidade de resfriamento de 5 kW. Considera-se que uma pessoa parada dissipe calor a uma taxa de aproximadamente 360 kJ/h. Existem 10 lâmpadas incandescentes na sala, cada uma com uma capacidade nominal de 100 W. A taxa de transferência de calor para a sala, através das paredes e das janelas, é estimada em 15.000 kJ/h. Marque a alternativa que apresenta o número de aparelhos de condicionamento de ar necessários para que o ar da sala seja mantido à temperatura constante de 21 oC.
d. 2 unidades 
Questão 3
Sistema adiabático, sistema isotérmico, sistema estacionário e sistema transiente: estas considerações são comumente utilizadas em termodinâmica visando obter um equacionamento mais simples para a formulação de problemas. Marque a alternativa que descreve o comportamento característico de cada sistema, respectivamente.
a. Não há troca de calor, temperatura constante, não há variação temporal, dependência da variável com o tempo.
Questão 4
O tanque de gasolina de um carro é completado com um bocal que descarrega gasolina a uma vazão constante. Com base nas unidades de grandezas físicas, obtenha uma expressão para o tempo de enchimento, considerando o volume V do tanque (em L) e da taxa de descarga de gasolina
a. 
Questão 5
O calor específico a pressão constante do ar a 25 °C é 1,005 kJ/(kg·°C). A expressão correta deste valor em kJ/(kg·K), J/(g·°C) e kcal/(kg·°C) é:
e. 1,005 kJ/kg.K ; 1,005 J/g.ºC ; 0,240 kcal/kg.ºC
Questão 6
Durante um processo de aquecimento, a temperatura de um objeto se eleva em 10 °C. Essa elevação da temperatura é equivalente a uma elevação de temperatura de
b. 18 Ra 
Questão 7
Um aquecedor com uma potência de 4 kW foi utilizado em um processo de aquecimento de água por 2 horas para elevar a temperatura da água ao nível desejado. A quantidade de energia elétrica usada em kWh e kJ, respectivamente, foi de:
e. 8 kWh e 2,88 X 104 kJ 
Questão 8
Para encher com água uma piscina de volume V (em m3), será utilizada uma mangueira de diâmetro D (em m). Considerando que a velocidade média de descarga é v (em m/s) e o tempo de enchimento é t (em s), a expressão para o volume da piscina será:
c.  
Questão 9
Marque a alternativa correta para a massa e o peso do ar, respectivamente, contido em uma sala cujas dimensões são 6 m X 6 m X 8 m. Suponha que a densidade do ar seja de 1,16 kg/m3.
d. 334,08 kg e 3277,32 N 
Questão 10
Considere um rio escoando em direção a um lago com uma velocidade média de 3 m/s a uma vazão de 500 m3/s em um local 90 m acima da superfície do lago. Marque a alternativa que apresenta, respectivamente, a energia mecânica total da água do rio por unidade de massa e o potencial para geração de potência do rio naquele local.
b. 886,5 J/kg e 443,2 MW
Questão 1
Marque a alternativa que apresenta a potência necessária para que um automóvel de 1.150 kg suba uma estrada em aclive de 100 m de comprimento com uma inclinação de 30° (com a horizontal) em 12 s a uma velocidade constante de 35 m/s até uma velocidade final de 5 m/s. Despreze o atrito, o arrasto aerodinâmico e a resistência ao rolamento.
c. - 10,5 kW
Questão 2
Uma mola cuja constante de mola é de 200 lbf/pol tem uma força inicial de 100 lbf agindo sobre ela. Marque a alternativa que apresenta o trabalho, em Btu, necessário para comprimi-la mais uma polegada.
d. 2,14 x 10-2 Btu
Questão 3
O transporte de pessoas e mercadorias por via férrea é muito empregado mundialmente, entretanto, deve-ser atentar para países que apresentam invernos com temperaturas muito baixas, pois pode ocasionar o descarrilamento dos mesmos. Este fenômeno pode ser explicado corretamente em:
e. Os trilhos são contraídos devido à perda de calor para o ambiente muito frio.
Questão 4
Ao dirigir um veículo em dias de chuva, os motoristas enfrentam um problema comum, os vidros do carro embaçam e tornam-se translúcidos, dificultando a visão e ocasionando riscos iminentes de acidentes. Isto ocorre devido:
e. O ar no interior do veículo está a uma temperatura maior do que o ar do lado de fora, que ao chocar-se contra o para-brisa condensam-se e ocasiona o embaçamento. 
Questão 5
Considere um automóvel viajando a uma velocidade constante ao longo de uma estrada. Determine os sentidos de trânsito de calor, respectivamente, considerando os seguintes sistemas: o radiador do carro, o motor do carro e as rodas do carro.
d. saindo do sistema; saindo do sistema; entrando no sistema.
Questão 6
Marque a alternativa que apresenta a energia necessária para acelerar um automóvel de 800 kg do repouso a 100 km/h em uma estrada plana.
d. 309136 J 
Questão 7
Considere um refrigerador elétrico contido dentro de uma sala. Marque a alternativa correta quanto às interações de calor, respectivamente, para os seguintes sistemas: o conteúdo do refrigerador, todas as partes do refrigerador (porta aberta) e tudo contido dentro da sala durante um dia de inverno.
f. Saindo do sistema; entrando no sistema; saindo do sistema.
Questão 8
Um guindaste de construção levanta uma viga de concreto armado que pesa três toneladas a partir do solo até́ o topo de pilares que estão 24 pés acima do solo. Marque a alternativa que apresenta, respectivamente, a quantidade de trabalho realizado considerando (a) a viga e (b) o guindaste como o sistema.
d. 1,58 x 105 lbf.pé; - 1,58 x 105 lbf.pé
Questão 9
Quando um ônibus espacial retorna à Terra, sua superfície torna-se muito quente, ficando incandescente ao atravessar a atmosfera em alta velocidade. O ônibus torna-se quente e incandescente porque:
a. O atrito como ar atmosférico gera muita energia, que na forma de calor aquece o ônibus e torna-o incandescente.
Questão 10
Determine o trabalho necessário em kJ para comprimir uma mola linear com uma constante elástica de 3 kN/cm em 3 cm a partir de sua posição de equilíbrio.
b. 0,135 kJ 
Questão 1
A temperatura de ebulição da água é uma função da altura em relação ao nível do mar. Sabendo disto, marque alternativa que apresenta regiões onde a água ferve a 100°C e abaixo de 100°C, respectivamente:
a. Salvador e Belo Horizonte.
Questão 2
Um ventilador deve acelerar ar parado até a velocidade de 8 m/s a uma taxa de 9 m3/s. Marque a alternativa que apresenta a potência mínima que deve ser fornecida ao ventilador. Suponha que a densidade do ar seja de 1,18 kg/m3.
c. 340W
Questão 3
Uma bomba de água aumenta a pressão da água de 10 psia para 50 psia. Marque a alternativa que apresenta a potência necessária, em hp, para bombear 1,2 pés3/s de água.
d. 12,4 hp 
Questão 4
Um tanque industrial fechado contendo água apresenta 200 kg de água à temperatura ambiente. O líquido deste tanque foi aquecido até a temperatura de saturação de 110°C, neste momento a massa de líquido medida foi de 160 kg. Marque a alternativa que apresenta a pressão e o volume do tanque, respectivamente.
e. Psaturação = 143,38 kPa; V = 48,5443 m3 
Questão 5
Utilizando as tabelas de propriedades da água marque a alternativa que apresenta o volume e a temperatura da água de um tanque que contém 100 kg de água líquida saturada, sendo a pressão de operação do tanque de 200 kPa.
a. V = 0,1061 m3; Tsaturação = 120,21ºC 
Questão 6
Uma escada rolante de um centro comercial foi projetada para transportar 30 pessoas com 75 kg cada, à velocidadeconstante de 0,8 m/s e inclinação de 45°. A potência mínima necessária para mover essa escada rolante deve ser igual a
b. 12,5 kW
Questão 7
Utilizando as tabelas de propriedades da água marque a alternativa que apresenta o volume e a pressão de um tanque que contém 100 kg de água líquida saturada a 80°C.
f. V = 0,1029 m3; Psaturação = 47,416 kPa 
Questão 8
Os requisitos de vapor de uma fábrica estão sendo atendidos por uma caldeira cuja potência térmica nominal é de 5,5 x 106 Btu/h. A eficiência de combustão da caldeira é medida em 0,7 por um analisador de gás portátil. Após o ajuste da caldeira, a eficiência de combustão aumenta para 0,8. A caldeira opera 4.200 horas por ano de forma intermitente. Tomando o custo unitário de energia de US$ 4,35/106 Btu, a energia anual economizada e a redução de custos são, respectivamente, iguais a
c. 4,12 x 109 Btu e US$ 17 922,00
Questão 9
Três recipientes fechados com iguais volumes de água estão em um laboratório ao nível do mar e sob pressão constante. No recipiente 1 a água está a 100°C, no recipiente 2 a 80°C e no recipiente 3 a 0°C. Marque a alternativa que apresenta o nome correto dos estados físicos, respectivos, para a água:
d. Mistura líquido-vapor saturado; líquido comprimido e mistura sólido-líquido saturado. 
Questão 10
Um motor de 75 hp (potência de eixo) que possui uma eficiência de 91% está desgastado e será substituído por um motor de alta eficiência com 75 hp e eficiência de 95,4%. A redução do ganho de calor da sala devido à maior eficiência sob condições de plena carga é de
e. 3,8 hp
Questão 1
Uma massa de 10 kg de gás refrigerante R-134a enche um recipiente rígido de 1,348 m3 a uma temperatura inicial de -40°C. O recipiente é então aquecido até a pressão de 200 kPa. Marque a alternativa que apresenta a temperatura final e a pressão inicial, respectivamente.
d. T= 66,30 ℃; P=51,25 kPa
Questão 2
Um quilo de água enche um recipiente rígido de 150 L a uma pressão inicial de 2 MPa. O recipiente é então resfriado para 40 °C. Marque a alternativa que apresenta, respectivamente, a temperatura inicial e a pressão final da água.
a. 
Questão 3
A correta interpretação das regiões no diagrama de fases é determinante na identificação do estado físico e de variáveis independentes em sistemas termodinâmicos, o ponto triplo e o ponto crítico são duas importantes considerações durante estas interpretações. Sobre os pontos triplo e crítico, marque a alternativa correta.
b. O ponto triplo é caracterizado pela existência dos três estados físicos distintos de uma substância, enquanto o ponto crítico delimita a pressão e temperatura limites para distinguir os estados líquido e vapor
Questão 4
Qual a diferença entre os enunciados de Kelvin-Planck e de Clausius?
c. 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. 
Questão 5
Os diagramas de fases são ferramentas úteis na previsão da constituição de fases de uma substância. Sobre os diagramas de fases marque a alternativa correta
c. Em um diagrama P-T a sublimação só ocorrerá em pressões e temperaturas abaixo do ponto triplo, enquanto a vaporização ocorrerá acima do ponto triplo.
Questão 6
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.
b. 1,2 
Questão 7
Qual é a diferença entre refrigeradores e bombas de calor?
d. 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. 
Questão 8
Um recipiente de 9 m3 é preenchido com 300 kg de R-134a a 10 °C. Marque a alternativa que apresenta a entalpia específica do R-134a no recipiente.
c. 
Questão 9
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.
d. 26.666,67 kJ/h
Questão 10
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.
e. 660 kJ/min
Momento ENADE
Questão 1
O estudo do calor e de suas transformações em energia mecânica é chamado de termodinâmica, que significa “movimento do calor”. A ciência da termodinâmica foi desenvolvida no início do século XIX, antes que a teoria atômica e molecular da matéria fosse compreendida.
P. Hewitt. Física Conceitual. 9.ª edição (com adaptações).
A respeito da termodinâmica, assinale a alternativa correta.
e. A termodinâmica fornece a teoria básica das máquinas térmicas, de turbinas a vapor até reatores nucleares, e a teoria básica de refrigeradores e bombas de calor. 
Questão 2
Pela lei zero da termodinâmica, tem-se que
a igualdade de temperatura de dois corpos com um terceiro corpo é um indicador de que os três têm igualdade de temperatura entre si.
Questão 3
Analise o ciclo de refrigeração baseado no ciclo de Carnot e utilizado como condicionador de ar apresentado no diagrama a seguir. Sabe-se que o coeficiente de performance de um refrigerador que opera segundo o Ciclo de Carnot é calculado por:
 
 
Sendo:
 
 
A respeito do ciclo apresentado pode-se afirmar que
e. o aumento da temperatura do evaporador irá provocar aumento no coeficiente de performance. 
Questão 4
Leia os textos a seguir.
 
Texto I
Uma forma de se medir o desempenho do processo realizado por uma bomba de calor é por meio do cálculo do coeficiente de performance, COP (Coefficient Of Performance), o qual é calculada pela razão entre calor extraído do reservatório frio pelo valor do trabalho realizado no compressor, ou potência de compressão. O COP também pode ser encontrado por meio das entalpias presentes no sistema, conforme indicado na equação a seguir.
Em que Q​r​​ é o calor extraído do reservatório frio, W​comp​​ é o trabalho realizado no compressor, H​1​​ é a entalpia na entrada do compressor, H​2​​ é a entalpia na saída do compressor e H​4​​ é a entalpia na entrada do evaporador.
 
Texto II
Utiliza-se em uma piscina um sistema de aquecimento com bomba de calor. O sistema foi projetado para manter a água da piscina em 28 °C com uma temperatura externa mínima de 15 °C. Sabe-se que o fluxo de calor saindo da piscina nestas condições com a bomba de água funcionando com uma vazão mássica de 0,3 kg/s é de 13 kW. A potência do compressor é de 2,4kW. Ao passar pelo sistema de aquecimento, a água retorna à piscina com a temperatura de 38°C. A imagem apresentada a seguir ilustra o sistema descrito.
 
Com base nos textos lidos, avalie as afirmações a seguir.
 
I. Utilizando-se uma temperatura maior que a ambiente na fonte fria, obtém-se um coeficiente de performance (COP) maior que quando a fonte fria está a temperatura ambiente.
II. Aumentando-se a vazão mássica de água no condensador, o COP é inferior ao projetado.
III. O COP projetado é maior que o COP da bomba de calor de Carnot.
 
É correto apenas o que se afirma em
a. I, apenas.