EngEletrica-BombasCompressoresTurbinas-2a

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DR
AF
T
CONCURSO PETROBRAS
ENGENHEIRO(A) EQUIPAMENTOS JÚNIOR - ELÉTRICA
ENGENHEIRO(A) JÚNIOR - ÁREA: ELÉTRICA
Bombas, Compressores
e Turbinas
Questões Resolvidas
QUESTÕES RETIRADAS DE PROVAS DA BANCA CESGRANRIO
Produzido por Exatas Concursos
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rev.2a
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Introdução
Recomendamos que o candidato primeiro estude a teoria referente a este assunto, e só depois
utilize esta apostila. Recomendamos também que o candidato primeiro tente resolver cada questão,
sem olhar a resolução, e só depois observe como nós a resolvemos. Deste modo acreditamos que este
material será de muito bom proveito.
Não será dado nenhum tipo de assistência pós-venda para compradores deste material, ou
seja, qualquer dúvida referente às resoluções deve ser sanada por iniciativa própria do comprador, seja
consultando docentes da área ou a bibliografia. Apenas serão considerados casos em que o leitor
encontrar algum erro (conceitual ou de digitação) e desejar informar ao autor tal erro a fim de ser
corrigido.
As resoluções aqui apresentadas foram elaboradas pela Exatas Concursos, única responsável
pelo conteúdo deste material. Todos nossos autores foram aprovados, dentre os primeiros lugares, em
concursos públicos relativos ao material elaborado. A organização, edição e revisão desta apostila é
responsabilidade de nossa equipe. A Exatas Concursos e todos seus autores não possuem nenhum
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bilização civil e criminal.
Faça um bom uso do material, e que ele possa ser muito útil na conquista da sua vaga.
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Índice de Questões
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2014/2
Q67 (pág. 1), Q68 (pág. 3), Q69 (pág. 4), Q70 (pág. 5).
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2012
Q63 (pág. 6), Q64 (pág. 9), Q65 (pág. 7).
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2011
Q62 (pág. 10), Q63 (pág. 11), Q64 (pág. 12).
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2010/2
Q56 (pág. 13), Q57 (pág. 15).
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2010/1
Q13 (pág. 16).
Prova: Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008
Q50 (pág. 22), Q51 (pág. 19), Q52 (pág. 20), Q53 (pág. 26), Q54 (pág. 23).
Prova: Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2010
Q44 (pág. 27), Q50 (pág. 30).
Prova: Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2008
Q52 (pág. 28), Q53 (pág. 29), Q54 (pág. 31).
Prova: Engenheiro(a) de Termelétrica Júnior - Eng. Elétrica - Termorio 2009
Q42 (pág. 34).
Prova: Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2011
Q62 (pág. 35).
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Prova: Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2008
Q37 (pág. 37).
Prova: Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2012
Q28 (pág. 38), Q29 (pág. 39), Q34 (pág. 41).
Prova: Engenheiro(a) de Termelétrica Júnior - Eng. Elétrica - Termobahia 2012
Q36 (pág. 42), Q46 (pág. 43).
Número total de questões resolvidas nesta apostila: 31
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Questão 1
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2014/2)
Na bomba centrífuga helicoidal, uma parte da energia
fornecida ao fluido é devida à força centrífuga, e outra
parte é devida à força de arrasto.
Tal bomba é de deslocamento
(A) positivo alternativa ou dinâmica
(B) positivo rotativa ou volumétrica
(C) positivo rotativa ou dinâmica
(D) não positivo ou dinâmica
(E) não positivo ou volumétrica
Resolução:P2-21-Q67
Devido à grande diversidade das bombas existentes, pode-se utilizar uma
classificação resumida, dividindo-as em dois grandes grupos:
1. Bombas centrífugas ou de deslocamento não positivo (hidrodinâmicas):
A movimentação do fluído ocorre pela ação de forças que se desenvolvem
na massa do mesmo, em consequência da rotação de um eixo no qual é aco-
plado um disco (rotor, impulsor) dotado de pás (palhetas, hélice), que recebe o
fluído pelo seu centro e o expulsa pela periferia, pela ação de força centrífuga.
2. Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo: a movimentação do
fluído é causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da bomba que
obriga o fluído a executar o mesmo movimento a que está sujeito este impul-
sor (êmbolos, engrenagens, lóbulos, palhetas). O fluído ocupa e desocupa
espaços no interior da bomba, de forma sucessiva, com volumes conhecidos,
sendo que o movimento geral deste fluído dá-se na mesma direção das forças
a ele transmitidas.
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A tabela abaixo divide as principais bombas de acordo com a sua classifica-
ção.
Classificação de Bombas
Centrífugas ou
deslocamento não
positivo
(hidrodinâmicas)
Centrífugas radiais (pura)
Centrífuga de fluxo misto
Centrífuga de fluxo axial - heli-
coidais
Volumétricas ou de
deslocamento positivo
Alternativas
Pistão
Diafragma
Membrana
Rotativas
Engrenagens
Lóbulos
Palhetas
Parafusos
Peristálticas
Conforme pode ser analisado através da tabela de classificação, as bombas
helicoidais são de deslocamento não positivo ou dinâmica.
�� ��Alternativa (D)
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Questão 2
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2014/2)
O compressor de parafusos utiliza dois rotores que giram
engrenados um ao outro e em sentidos opostos para
produzir pressão.
Tal compressor é classificado como
(A) volumétrico rotativo
(B) volumétrico alternativo
(C) dinâmico rotativo
(D) dinâmico alternativo
(E) de deslocamento não positivo
Resolução:P2-21-Q68
Os compressores de parafusos possuem dois rotores em forma de pa-
rafusos que giram em sentido contrário, mantendo entre si uma condição de en-
grenamento. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre
os filetes dos rotores. A partir do momento em que há o engrenamento de um
determinado filete, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes
da carcaça. A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslo-
cando para frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando a sua
compressão. Finalmente, é alcançada a abertura de descarga, e o gás é liberado.
Os compressores utilizam o mesmo sistema de classificação aplicado nas
bombas, de acordo com o movimento realizado pelo fluído. Desta forma, consul-
tando a tabela apresentada na questão da página 1, o candidato pode concluir que
os compressores de parafusos são do tipo volumétricos rotativos.
A figura abaixo mostra uma vista de corte de um compressor do tipo para-
fuso, onde são evidenciados os dois rotores engrenados.
�� ��Alternativa (A)
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Questão 3
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2014/2)
Na modelagem do comportamento das turbinas, normal-
mente se considera que as variações das energias ciné-
tica e potencial são desprezíveis, e que o processo na
turbina é adiabático. 
Com essas considerações, pela primeira lei, constata-se
que o trabalho produzido corresponde à(ao)
(A) energiainterna no estado final
(B) variação da entropia do estado inicial até o final
(C) variação da entalpia do estado inicial até o final
(D) variação da pressão do estado inicial até o final
(E) calor específico no estado final
Resolução:P2-21-Q69
A primeira lei da Termodinâmica aplicada a volumes de controle operando
em regime permanente é expressa pela seguinte equação:
Q+ he +
V 2e
2
+ gZe = hs +
V 2s
2
+ gZs +W
Onde Q representa a transferência de calor, he e hs são as entalpias de
entrada e saída, Ve e Vs as velocidades de entrada e de saída, Ze e Zs as cotas de
altura de entrada e saída do sistema, g é a aceleração da gravidade e W o trabalho
produzido no sistema.
Na modelagem do comportamento das turbinas devem ser feitas as seguin-
tes considerações:
1. As variações de energia potencial são insignificantes quando comparadas
com as das outras formas de energia. Esta variação é desprezada porque a
variação de altura entre a entrada e saída da turbina é muito pequena. Desta
forma, pode-se considerar que Ze ≈ Zs.
2. Se as velocidades são pequenas, inferiores a cerca de 20 m/s, a energia ci-
nética é normalmente insignificante quando comparada com outros termos de
energia. Além disso, quando as velocidades de entrada e saída do sistema
são praticamente as mesmas, a variação da energia cinética é pequena. Por-
tanto, se não houver grande diferença entre as velocidades do fluido na seção
de entrada e saída da turbina, os termos da energia cinética (Ve e Vs) po-
dem ser desprezados.
3. A rejeição de calor indesejável da turbina (Q) para o ambiente também é muito
pequena. Logo, pode-se admitir que o processo na turbina é adiabático (Q ≈
0)
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Baseando-se nas considerações feitas acima, é possível reescrever a equa-
ção da primeira lei da termodinâmica aplicada a volumes de controle.
W = he − hs
Portanto, o trabalho produzido corresponde à variação da entalpia do es-
tado inicial até o final.
Referência: Wilen, Van 2012: Fundamentos da Termodinâmica, 7a edição.
�� ��Alternativa (C)
Questão 4
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2014/2)
Uma bomba de deslocamento positivo possui um deslo-
camento volumétrico de 1,2 L/rot.
Se o eixo da bomba gira a 1.000 rpm, a vazão volumétrica, 
em L/s, vale
(A) 5
(B) 10
(C) 12
(D) 20
(E) 40
Resolução:P2-21-Q70
Esta questão é bastante simples, e pode ser resolvida com simples conver-
sões de unidades e regras de três.
Como desejamos encontrar a vazão em L/s, primeiramente converteremos
a velocidade de rotação da bomba de rpm (rotações por minuto) para rotações
por segundo:
N = 1.000 rpm =
1.000 rot
min
×
(
1 min
60 s
)
=
100 rot
6 s
=
50
3
rot/s
Agora basta multiplicarmos o deslocamento volumétrico pela velocidade de
rotação, obtendo a desejada vazão volumétrica:
Q = VD ×N
Q = 1, 2
L
rot
× 50
3
rot
s
Q =
60
3
L/s
Q = 20 L/s
�� ��Alternativa (D)
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Questão 5
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2012)
A associação de bombas em série é uma solução utiliza-
da quando há a instalação de alturas manométricas rela-
tivamente altas. Nesse tipo de instalação, torna-se neces-
sário o desenvolvimento de grandes pressões.
Para a mesma vazão, sendo H1 a altura manométrica da
bomba 1 e H2 a altura manométrica da bomba 2, qual
é a expressão que define a altura manométrica total do
arranjo dessas duas bombas em série?
(A) H1 + H2
(B) (H1 + H2)
2
(C) H1 . H2
(D) H1 (1 +H2)
(E)
H1 . H2
H1 + H2
Resolução:
A carga de uma bomba, altura manométrica (H) ou head é definida como
a “Energia por Unidade de Peso” que a bomba fornece ao fluido em escoamento
através da mesma. Esta grandeza é função do tipo de pás do rotor, gerando vários
tipos de curvas de acordo com a forma que apresentam.
A curva característica de uma instalação representa a energia por unidade
de peso que deve ser fornecida ao fluido, em função da vazão desejada, de tal
forma que o mesmo possa escoar nessa instalação em regime permanente.
As razões que conduzem a necessidade de associação de bombas está, por
exemplo, a inexistência de bombas no mercado que possam atender isoladamente
a vazão necessária ou talvez a inexistência de bombas no mercado capazes de
vencer a altura manométrica de projeto.
Quando bombas são associadas em série, a altura manométrica (Hs) do
conjunto é a soma das alturas manométricas de cada bomba, ou seja:
Hs = H1 +H2
Por outro lado, a vazão do conjunto é compartilhada entre as duas bombas:
Qs = Q1 = Q2
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Para associação de bombas em paralelo, as relações acabam invertidas:
Hp = H1 = H2
Qp = Q1 +Q2
�� ��Alternativa (A)
Questão 6
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2012)
Uma usina termelétrica a ciclo combinado utiliza em sua
planta as turbinas a gás e a vapor para geração de energia 
elétrica.
Ao integrar a geração das turbinas a gás e a vapor, a
usina de ciclo combinado passa a utilizar, associados a
cada tecnologia, respectivamente, os ciclos de
(A) Otto e Diesel
(B) Otto e Rankine
(C) Brayton e Carnot
(D) Brayton e Rankine
(E) Carnot e Diesel
Resolução:
(A) INCORRETA. Otto e Diesel são ciclos de motores a combustão.
(B) INCORRETA. Otto é ciclo de motor a combustão.
(C) INCORRETA. Brayton é o ciclo presente em turbinas a gás, porém o ciclo
de Carnot é o ciclo teórico executado por uma máquina térmica. Idealizado
pelo engenheiro francês Carnot, o rendimento da Máquina de Carnot é o má-
ximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas de fonte
quente e fonte fria pode ter. Este ciclo teórico não ocorre em uma turbina a
vapor.
(D) CORRETA. Brayton e Rankine são os ciclos presentes respectivamente na tur-
bina a gás e turbina a vapor. Estes ciclos são tipicamente utilizados no ciclo
combinado. Os dois sistemas estão ligados por uma caldeira de recuperação
onde se aproveita a energia dos gases de escape da turbina a gás para gerar
o vapor de água que alimenta a turbina a vapor. Não confundir com cogeração
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que é definida como um processo de produção e utilização combinada de ca-
lor e eletricidade, proporcionando melhor aproveitamento da energia térmica.
Ciclo Combinado possui dois ciclos termodinâmicos e produz um produto final
(eletricidade). Na cogeração, com um ciclo termodinâmico, são obtidos dois
produtos finais (eletricidade e vapor). O arranjo do ciclo combinado é exempli-
ficado a seguir:
(E) INCORRETA. Carnot é um ciclo teórico. Diesel é ciclo de motores a combus-
tão.
�� ��Alternativa (D)
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Questão 7
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2012)
Apesar da baixa eficiência da geração termelétrica e da
poluição atmosférica produzida, esse tipo de tecnologia é
amplamente empregado em diversos países no mundo.
Dentro desse tipo de geração, pode-se considerar como
as principais tecnologias empregadas as turbinas a gás e
as turbinas a vapor.
Quais os elementos fundamentais que constituem uma
turbina a gás na geração termelétrica a gás em ciclo
simples aberto?
(A) Caldeira, câmara de combustão e turbina
(B) Caldeira, câmara de combustão e compressor
(C) Condensador, compressor e turbina
(D) Câmara de combustão,condensador e compressor
(E) Câmara de combustão, compressor e turbina
Resolução:
Neste caso, é importante lembrar que o fluido de trabalho é um gás. Em
turbinas a vapor, existe um circuito fechado de água, que é aquecida na caldeira e
fornece potência para a turbina.
Em turbinas a gás, a potência é obtida através de 3 passos básicos aos
quais correspondem 3 equipamentos distintos:
Compressor : comprime o ar de admissão para uma pressão mais alta
Câmara de combustão : queima o combustível e produz gás de combustão que
devido a alta pressão e alta temperatura possui uma grande quantidade de
energia.
Turbina : extrai energia do gás a alta pressão e alta velocidade vindo da câmara
de combustão.
Como exposto no diagrama abaixo:
A fase de expansão que ocorre na turbina produz energia suficiente para
mover o compressor e fornecer trabalho útil para uma outra carga acoplada a este
conjunto.
�� ��Alternativa (E)
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Questão 8
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2011)
Suponha que, em uma instalação, uma bomba está operan-
do com vazão de 0,015 m3/s e fornece uma altura manomé-
trica de 25 metros quando sua rotação é de 3.000 rpm.
Para a mesma vazão, qual seria a altura manométrica,
em metros, fornecida caso a rotação da bomba fosse de
2.400 rpm?
(A) 7
(B) 12
(C) 16
(D) 20 
(E) 25
Resolução:
As curvas características das bombas podem variar em função da rotação
do rotor, do diâmetro do rotor, da forma do rotor ou com o tempo de uso.
Entre diferentes curvas, pontos de igual rendimento possuem uma relação,
construindo as chamadas curvas de isoeficiência. Pontos de mesmo rendimento
são chamados de pontos homólogos. Para pontos homólogos, as seguintes rela-
ções são válidas entre vazão (Q), rotação (N ) e altura manométrica (H):
Q1
Q2
=
N1
N2
H1
H2
=
N21
N22
Alterando a rotação como citado no enunciado, estamos falando de pontos
situados em duas curvas características diferentes. Supondo que estes dois pon-
tos, incluindo o ponto desconhecido, são homólogos, é possível realizar o seguinte
cálculo:
H1
H2
=
N21
N22
25
H2
=
30002
24002
25
H2
=
302
242
H2 =
25× 242
302
=
25× 242
30× 30
H2 =
242
6× 6
=
24× 24
6× 6
= 4× 4 = 16 m
�� ��Alternativa (C)
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Questão 9
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2011)
Um dos principais meios de suprimento de energia dos
grandes centros urbanos é a geração de energia elétrica 
a partir das usinas termelétricas. A baixa eficiência das 
termelétricas, porém, é uma característica negativa desse
tipo de geração. A usina termelétrica de ciclo combinado é
uma solução interessante que combina as tecnologias de
geração a gás e a vapor para aumentar a eficiência total
do parque de geração.
A esse respeito, analise as afirmativas a seguir.
I – Uma vantagem do ciclo combinado é que há a possi-
bilidade de operar apenas com a turbina a gás, dei-
xando a turbina a vapor ociosa.
II – O compressor é parte constituinte do sistema de ge-
ração a vapor, sendo responsável por manter o va-
por a alta pressão.
III – A caldeira de recuperação de calor possibilita que o
sistema de geração a vapor aproveite o calor prove-
niente dos gases de exaustão da turbina a gás.
Está correto APENAS o que se afirma em
(A) I 
(B) II
(C) III
(D) I e II
(E) I e III
Resolução:
I - VERDADEIRA. No ciclo combinado, as turbinas operam em conjunto. Para
evitar que a indisponibilidade de uma das turbinas afete toda a operação,
boa parte das térmicas a gás natural adota a configuração de mais de uma
turbina a gás para cada turbina a vapor. Desta forma, os riscos de parali-
sação são reduzidos. Se uma turbina a gás falhar, a turbina a vapor passa
apenas a operar com capacidade reduzida em vez de interromper totalmente
o funcionamento.
Caso a turbina a vapor pare, existe o modo de operação bypass, com grande
redução na eficiência térmica. Em modo bypass, todo o vapor produzido na
caldeira de recuperação (HRSG) é direcionado diretamente para o conden-
sador e não produz trabalho útil na turbina a vapor.
II - FALSA. O compressor está presente em turbinas a gás para comprimir o ar
atmosférico. Em turbinas a vapor, a pressão do vapor é gerada através do
aumento de temperatura da água da caldeira através do calor produzido pela
queima de combustível.
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III - VERDADEIRA. É justamente a caldeira de recuperação que viabiliza o ciclo
combinado. O ar aquecido pela queima do combustível da turbina a gás,
após passar pela sua descarga, ainda possui energia suficiente para aque-
cer a água da caldeira da turbina a vapor. Este arranjo aumenta a eficiência
global do conjunto, apesar que as turbinas associadas são ajustadas para
pontos de operação diferentes daqueles que seriam os ideais caso cada tur-
bina operasse isoladamente.
�� ��Alternativa (E)
Questão 10
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2011)
Os processos térmicos que ocorrem nas turbinas a gás,
quando são feitas simplificações para seus estudos,
podem ser descritas pelo ciclo ideal de Brayton.
Nesse ciclo, ocorrem
(A) duas transformações isotérmicas e duas transforma-
ções isentrópicas
(B) duas transformações isotérmicas e duas transforma-
ções isométricas
(C) duas transformações isométricas e duas transforma-
ções isentrópicas
(D) duas transformações isobáricas e duas transforma-
ções isentrópicas
(E) uma transformação isométrica, uma transformação 
isobárica e duas transformações isentrópicas
Resolução:
O ciclo se constitui de quatro etapas. Primeiramente, o ar em condição am-
biente passa pelo compressor, onde ocorre compressão adiabática e isentrópica,
com aumento de temperatura e consequente aumento de entalpia. Comprimido,
o ar é direcionado para as câmaras de combustão, onde mistura-se com o com-
bustível, possibilitando queima e aquecimento a pressão constante. A câmara não
permite aumento de pressão porque o caminho preferencial busca alcançar a tur-
bina e sofrer consequente expansão.
Ao sair da câmara de combustão a alta pressão e temperatura, os gases se
expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de entropia.
A pressão na descarga da turbina é considerada para definir a relação de pres-
são do sistema e consequentemente o rendimento do processo. Se a descarga
for a pressão atmosférica, os gases quentes de escape estarão nesta pressão,
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restando apenas rejeitar o calor remanescente para o ambiente. A última etapa é,
portanto, considerada isobárica. A rejeição de calor é um limite físico, intrínseco ao
funcionamento de ciclos termodinâmicos, mesmo nos casos ideais, como define a
segunda lei da termodinâmica.
�� ��Alternativa (D)
Questão 11
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2010/2)
As turbinas a vapor são máquinas capazes de aproveitar
a energia interna do vapor e convertê-la em energia
cinética, através do escoamento do vapor pelas palhetas
móveis. Em geral, nas aplicações de geração de energia
elétrica, no nível de Sistemas Elétricos de Potência (SEP),
as turbinas a vapor empregadas são de
(A) condensação com múltiplos estágios .
(B) condensação com um único estágio.
(C) contrapressão com múltiplos estágios.
(D) contrapressão com um único estágio.
(E) evaporação com único estágio.
Resolução:
Os três tipos mais comuns de Turbinasa Vapor são:
• As turbinas de contrapressão descarregam o vapor em uma pressão ainda
elevada e ainda apresentando conteúdo energético a ser aproveitado. O va-
por é descarregado superaquecido. A temperatura do exausto oferece um
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indicativo da eficiência da turbina. Esse arranjo resulta em baixa potência e
alto rendimento térmico da instalação.
Estes modelos de turbinas são de baixa potência, aplicáveis em acionamen-
tos de bombas, ventiladores, exaustores e também em geradores de micro-
centrais termoelétricas com potência de cerca de 20 kW a 1500 kW.
Pela forma como é calculada, a eficiência global da planta resulta maior no
caso da turbina de contrapressão. A quantidade de vapor produzido no caso
da utilização da turbina de contrapressão é maior.
• As turbinas condensantes são sistemas fechados de geração de energia.
O vapor tanto atravessa a turbina fazendo-a girar, como também, ao ser con-
densado, gera uma zona de baixa pressão no difusor de saída da turbina,
facilitando a entrega de energia ao eixo da turbina. É o tipo mais comum em
centrais termoelétricas, nucleares, centrais de ciclo combinado e em proces-
sos industriais. Essas turbinas usualmente descarregam vapor úmido, sendo
permissível um teor de umidade máximo da ordem de 10%. Nesse caso, a
temperatura do exausto não pode ser usada como indicativo da eficiência da
turbina, pois havendo condensado a temperatura é constante no ponto de ebu-
lição da água. Esse arranjo resulta em alta potência e baixo rendimento tér-
mico da instalação. Em ciclos de condensação, após deixar a turbina, o vapor
passa por um condensador que o converte novamente em água, fazendo-a
retornar à caldeira em ciclo fechado.
• As turbinas de extração-condensação descarregam em dois ou mais níveis
de pressão, sendo que em geral o último nível é o de condensação. Esse
arranjo acarreta alta flexibilidade operacional da instalação e eficiência térmica
do ciclo dependente da divisão do fluxo.
Nas turbinas de grande porte, costuma-se realizar a expansão em diversas
etapas, caracterizando assim diversos estágios, cada qual constituído por uma
roda fixa de expansores e uma roda móvel de potência. Em máquinas de menor
potência, entretanto, o salto de entalpia a aproveitar é usualmente menor. Além
disso, decresce a preocupação com a eficiência da máquina e cresce a impor-
tância do custo inicial. Por isso, máquinas de pequena potência são usualmente
máquinas compactas, constituídas de um só estágio, sempre de ação, apesar do
prejuízo à sua eficiência. �� ��Alternativa (A)
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Questão 12
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2010/2)
No projeto e especificações de bombas e sistemas de
bombeamento, é necessário o conhecimento de vários
parâmetros, tendo em vista o pleno atendimento das ne-
cessidades da instalação. A respeito das bombas, asso-
cie as definições apresentadas na 1a coluna com o res-
pectivo tipo de potência indicado na 2a coluna.
Estão corretas as associações
(A) I - P , II - Q , III - S.
(B) I - Q , II - R , III - P.
(C) I - R , II - P , III - Q.
(D) I - R , II - Q , III - P.
(E) I - S , II - P , III - R.
I - Potência fornecida pelo
motor ao eixo da bomba.
II - Potência fornecida pelo 
motor ao eixo da bomba
subtraída das perdas por
atritos.
III - Potência que correspon-
de à energia aproveitada
pelo líquido para seu es-
coamento fora da própria
bomba.
P - útil
Q - de elevação
R - motriz
S - aparente
Resolução:
Potência motriz, também denominada consumo de energia da bomba, é a
potência fornecida pelo motor ao eixo da bomba. A potência fornecida a bomba
pelo eixo girante do motor para que a bomba realize sua função de elevar uma
vazão Q a uma altura H.
Uma parcela da energia recebida através do eixo (potência motriz) é con-
sumida em engrenagens e perdas por atrito na bomba. Potência de elevação é a
potência cedida pelo rotor ao líquido. Representa a potência motriz após as perdas
mecânicas.
Por sua vez, não é toda a energia cedida pelo rotor ao liquido que é aprovei-
tada para fazer com que o fluido se desloque da sucção até a saída da tubulação de
recalque. Parte é perdida no interior da bomba em consequência de recirculação,
vazamentos e perdas hidráulicas diversas. Potência útil é a energia efetivamente
aproveitada pelo líquido para seu escoamento fora da própria bomba.
Potência aparente é uma grandeza de natureza elétrica, tipicamente medida
em kVA, pode ser decomposta em Potências Ativa e Reativa no triângulo de po-
tências. O fator de potência é a razão entre a potência ativa e a potência aparente.
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Importante definir as seguintes grandezas:
• Rendimento mecânico é a relação entre a potência de elevação e a motriz.
• Rendimento hidráulico é a relação entre a potência útil e a de elevação.
• Rendimento total é a relação entre a potência útil e a motriz .
�� ��Alternativa (D)
Questão 13
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Petrobras 2010/1)
Gráfico de pré-seleção de bombas
Uma instalação de bombeamento opera nas seguintes condições:
• Altura da sucção: Hs = 5 metros
• Altura do recalque: Hr = 10 metros
• Perda de carga na sucção: hfsucção = 0,5 metro
• Perda de carga do recalque: hfrecalque = 5 metros
• Velocidade de escoamento: V = 0,8 m/s
• Diâmetro da tubulação: D = 200 mm
Com base nessas informações e no gráfico de pré-seleção de bombas apresentado acima, a família de bombas mais
adequada para essa instalação é a
(A) F (B) H (C) I (D) J (E) K
vazão [m /h]3
a
ltu
ra
m
a
n
o
m
é
tr
ic
a
to
ta
l [
m
ca
]
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150
10
20
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F
G
H
J
K
L
M
N
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Resolução:
Para encontrar a família de bombas mais adequada no gráfico de pré-
seleção fornecido, os passos são os seguintes:
• Identifique a vazão necessária para a aplicação em metros cúbicos por hora
[m3/h]
• Identifique, acompanhando a tabela fornecida para seleção, a altura manomé-
trica total [mca].
• No gráfico, selecione o tipo de bomba que mais está próxima à interseção
destes dois valores
Um fluido sempre escoa de uma condição de energia maior para outra de
energia menor. Para realizar algo diferente disso é necessário fornecer energia ao
escoamento. Isso é o que uma bomba hidráulica faz. Uma bomba converte a ener-
gia mecânica que recebe do motor de acionamento em energia hidráulica. Para
dimensionar a quantidade de energia que a bomba deve fornecer é necessário
determinar dois dados para encontrar um ponto na tabela.
Um dos dados a ser determinado é a vazão. Atendendo o primeiro passo
citado, é necessário calcular a vazão da bomba desejada a partir dos dados de 0,2
m de diâmetro e 0,8 m/s de velocidade do fluido.
Q = vA
Q = v
(
π ×D2
4
)
Q = 0, 8
(
π × 0, 22
4
)
Q = 0, 8
(
π × 0, 04
4
)
Q = 0, 8π × 0, 01
Q = 0, 8π × 0, 01
Q ≈ 0, 025 m3/s
Para poder aproveitar o gráfico de pré-seleção, a vazão calculada deve ser
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expressa na mesma unidade de vazão utilizada no gráfico. Portanto:
Q[m3/h] = Q[m3/s] × 3600
Q[m3/h] ≈ 0, 025× 3600
Q[m3/h] ≈ 90 m3/h
O outro dado é a altura manométrica total. Este dado pode ser consideradocomo sendo igual à variação de altura manométrica do fluido (entre as condições
inicial e final) somada as perdas de carga na tubulação. Neste caso, portanto:
HT = Hr −Hs + hfsuccao + hfrecalque
HT = 10− 5 + 5 + 0, 5
HT = 10, 5 m
De posse dos dados das coordenadas que indicam a bomba que será sele-
cionada, basta marcar este ponto no gráfico e encontramos a família de bombas
adequada:
Gráfico de pré-seleção de bombas
vazão [m /h]3
a
ltu
ra
m
a
n
o
m
é
tr
ic
a
to
ta
l [
m
ca
]
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150
10
20
30
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I
F
G
H
J
K
L
M
N
�� ��Alternativa (E)
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Questão 14
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008)
Tendo em vista as principais características das usinas
termelétricas a vapor, a gás e a ciclo combinado, considere
as afirmações a seguir.
I - As usinas termelétricas a vapor são aquelas que se
utilizam exclusivamente da combustão externa para gerar
energia elétrica. Assim, podem utilizar diversos tipos de
combustíveis, como por exemplo: óleo combustível, óleo
diesel, carvão, gás natural e biomassa (lenha, bagaço
de cana, lixo, etc.).
II - Quanto ao aspecto ambiental, usinas termelétricas a
vapor, dependendo do combustível utilizado, apresen-
tam taxas significativas de emissão de gases poluentes,
implicando a possível formação de “chuva ácida” e o
agravamento do “efeito estufa”.
III - As usinas termelétricas a vapor e a gás se baseiam no
Ciclo de Brayton, no qual o ar comprimido é continua-
mente succionado pelo compressor, onde é comprimi-
do para uma alta pressão. O ar comprimido entra na
câmara de combustão, onde é misturado ao combustí-
vel e ocorre a combustão, resultando em gases com
alta temperatura.
IV - No caso das termelétricas a ciclo combinado, funcio-
nam no mesmo ciclo turbinas a gás e a vapor, o que
garante que a energia perdida pela descarga a alta tem-
peratura dos gases na turbina a gás seja aproveitada
para a geração de vapor, aumentando significativamen-
te o rendimento do ciclo.
Estão corretas APENAS as afirmações
(A) I e II
(B) III e IV
(C) I, II e III
(D) I, II e IV
(E) II, III e IV
Resolução:
I - VERDADEIRA. Em usinas termoelétricas convencionais, o fluido de trabalho
que irá mover a turbina é o vapor aquecido a partir da combustão de um
combustível fóssil através de uma caldeira de pressão. Uma usina nuclear
pode ser considerada como um caso especial de termoelétrica, uma vez que
o reator nuclear também é utilizado para aquecer água até a forma de vapor.
II - VERDADEIRA. As usinas termoelétricas são instalações que produzem
energia elétrica a partir da queima de carvão, óleo combustível ou gás natural
em caldeiras projetadas para o combustível específico que será utilizado.
O maior impacto ambiental produzido pelas termoelétricas são os gases pro-
duzidos. São produzidos óxidos e dióxidos de enxofre, óxidos de nitrogê-
nio, monóxido e dióxido de carbono, outros gases e particulados. A poluição
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causa problemas respiratórios, como infecções dos brônquios e doenças pul-
monares. A queima do carvão produz monóxido de carbono e carbono puro,
que são lançados na atmosfera, contribuindo para o aumento do efeito-estufa
e piorando a qualidade do ar.
III - FALSA. Turbinas a vapor funcionam a partir de um ciclo de Rankine. São as
turbinas a gás que funcionam a partir do ciclo de Brayton.
IV - VERDADEIRA. Apesar de funcionarem de acordo com ciclos termodinâmi-
cos distintos, as turbinas a gás e a vapor podem ser combinadas e operarem
sob um mesmo ciclo de operação, sendo chamado de ciclo combinado. A
energia que seria descartada por uma turbina é reaproveitada no estágio se-
guinte. As turbinas passam a operar em pontos onde o rendimento individual
não é máximo, porém o rendimento do conjunto é maior do que cada turbina
operando isoladamente.
�� ��Alternativa (D)
Questão 15
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008)
Considere as afirmativas a seguir sobre centrais termelétricas
de ciclo combinado.
I - O rendimento das centrais de ciclo combinado é maior
do que o de uma turbina operando isoladamente porque
são utilizados dois tipos de turbinas: a principal (turbina
a gás natural), e a auxiliar (movida a óleo diesel).
II - A caldeira de recuperação de calor é capaz de recupe-
rar parte do calor na saída da turbina a gás, que, por
sua vez, serve para aquecer o vapor da turbina auxiliar.
III - A quantidade de vapor produzida na caldeira de
recuperação é suficiente para acionar uma turbina
auxiliar capaz de gerar a metade da energia elétrica da
turbina a gás correspondente.
A(s) afirmativa(s) correta(s) é (são):
(A) I, apenas. (B) II, apenas.
(C) I e III, apenas. (D) II e III, apenas.
(E) I, II e III.
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Resolução:
I - FALSA. No ciclo combinado, a segunda turbina é movida a vapor d’água. Se
a turbina auxiliar estivesse operando isolada, o vapor seria aquecido a partir
da combustão externa de um combustível fóssil. Porém, no ciclo combinado,
o vapor é aquecido com os gases de descarga da turbina a gás.
II - VERDADEIRA. Caldeira é um trocador de calor complexo que produz vapor
a partir de energia térmica fornecida a água pelo combustível. Quando o
combustível é resíduo de um outro processo, como no caso do ciclo com-
binado, a caldeira é denominada caldeira de recuperação. As caldeiras de
recuperação de calor utilizam o calor dos gases de exaustão do processo
de combustão de uma etapa anterior, como em uma turbina a gás, para a
produção de água quente ou vapor saturado.
III - VERDADEIRA. Usando uma caldeira de recuperação (HRSG), a eficiência
térmica eleva-se substancialmente, pois o vapor assim produzido aciona uma
turbina, sem necessidade de queima de combustível adicional.
A temperatura máxima que pode ser obtida no vapor depende da tempera-
tura dos gases de exaustão da turbina a gás. Tipicamente, a quantidade
de vapor produzida é suficiente para acionar uma turbina a vapor capaz de
gerar a metade da energia elétrica da turbina a gás correspondente. Em con-
sequência, um dos arranjos clássicos de uma usina de ciclo combinado são
duas turbinas a gás e uma a vapor.
�� ��Alternativa (D)
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Questão 16
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008)
Uma caldeira produz vapor através da queima de um
combustível. Este vapor movimenta uma turbina que,
conseqüentemente, aciona um gerador elétrico, produzindo
energia elétrica. Após passar pela turbina, o vapor é
condensado, transferindo calor à água de resfriamento. Em
relação a esse processo termelétrico, analise as afirmativas
a seguir.
I - Estas fases pertencem ao processo termelétrico
conhecido como Ciclo de Rankine.
II - O resfriamento do vapor demanda uma grande
quantidade de água, o que torna necessário um
criterioso Estudo de Impacto Ambiental (EIA) para a
liberação do projeto da usina termelétrica.
III - Estas fases pertencem ao processo termelétrico
conhecido como Ciclo de Brayton.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I (B) II
(C) III (D) I e II
(E) II e III
Resolução:
I - VERDADEIRA. O Ciclo Rankine é um ciclo termodinâmico reversível que
converte calor em trabalho. O calor é suprido via externa, geralmente através
de combustíveis fósseis, para um circuito fechado onde é usual usar água.
O ciclo Rankine está presente para turbinasa vapor, como a turbina que foi
citada no enunciado.
II - VERDADEIRA. A elaboração do EIA destina-se a incorporar as considera-
ções sociais e ambientais em todas as etapas de planejamento de um in-
vestimento, desde a fase de identificação do projeto, seleção dos locais e de
tecnologias até as fases posteriores de implementação.
Na ausência de tal análise de alternativas, as decisões são tomadas apenas
com base em viabilidade técnica e econômica e em opções políticas. Neste
caso, o EIA tende a ser direcionado para apoiar ou reafirmar a proposta do
projeto e, na melhor das hipóteses, se torna um exercício de limitação de
prejuízos, com os benefícios se resumindo à identificação de medidas de
mitigação.
O atual estágio da tecnologia de usinas termoelétricas, quando operando
adequadamente, costuma apresentar uma eficiência ligeiramente superior a
50%. Cerca de metade da energia liberada na queima do combustível não
é convertida em eletricidade, parte dela é descartada para o meio ambiente
na forma de calor. Uma grande parte da inevitável rejeição de calor ocorre
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nos condensadores, com a ajuda de sistemas de resfriamento que utilizam a
água ou o ar como fluido refrigerante. Principalmente no caso da água, esse
calor descartado causa grande impacto no ecossistema, elevando excessi-
vamente, por exemplo, a água do rio onde essa água é descartada. Visando
mitigar este impacto, existe a necessidade de realizar um EIA/RIMA. Este
calor pode alterar as condições de existência de flora ou fauna e interferir
decisivamente como fator limitante para a reprodução de espécies.
III - FALSA. O Ciclo Brayton é o ciclo que serve de modelo para aplicações de
turbinas a gás onde o fluido de trabalho é o ar. O ciclo Brayton é um ciclo
termodinâmico no qual a adição de calor ocorre a pressão constante.
�� ��Alternativa (D)
Questão 17
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008)
A cogeração é a forma de atender às demandas de energia
elétrica e térmica a partir de uma única fonte de energia.
Em função da seqüência em que são obtidas estas formas
de energia, tem-se a tecnologia empregada na cogeração.
A respeito de cogeração, considere as afirmativas a seguir.
I - Cogeração Bottoming é aquela em que, a partir da
energia disponibilizada pela fonte de energia, o primeiro
aproveitamento se dá para a produção de energia
elétrica, e em seguida para o aproveitamento da
energia térmica.
II - Em processos industriais que operam em altas
temperaturas (1000~1200ºC) como, por exemplo,
usinas siderúrgicas ou refinarias de petróleo, a tecnologia
empregada na cogeração é a Topping.
III - Uma vez que a temperatura de rejeição da geração
termelétrica está acima dos 400 ºC, a tecnologia
de cogeração mais adequada para atender unidades
consumidoras que operam com processos industriais
que operam com temperaturas abaixo desta faixa é a
do tipo Topping.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I (B) II
(C) III (D) I e II
(E) I e III
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Resolução:
Cogeração é a produção conjunta de trabalho mecânico e calor utilizável a
partir da queima do mesmo combustível. Em uma unidade de cogeração, a energia
que seria perdida em forma de calor é aproveitada para prover calor a um processo
subsequente, fazendo com que uma instalação de cogeração possa ter eficiência
térmica de até 85%.
Os sistemas de cogeração são basicamente divididos em dois grandes gru-
pos em função da sequência de utilização da energia, podendo ser: topping cycle
ou bottoming cycle.
I - FALSA. Nos sistemas com bottoming cycle, o ciclo energético produz primei-
ramente vapor, absorvendo o que é fornecido pela fonte de energia. Este
fluido é então utilizado para produção de energia mecânica ou elétrica em
turbinas a vapor e depois repassado ao processo.
Esquema do sistema de cogeração do tipo "bottoming cycle".
KW
Condensado
Vapor
Chaminé
Combustível
Caldeira
Vapor
II - FALSA. A utilização de calor nas indústrias é habitual na faixa entre 120 e
200◦C para processos como secagem, cozimento, evaporação, etc. Já a ge-
ração de energia elétrica trabalha adequadamente em níveis de temperatura
entre 400 e 950◦C. Sabendo que a temperatura de rejeição da geração ter-
molétrica encontra-se mais elevada que a temperatura encontrada nos pro-
cessos industriais é racional que se pense em um sistema de cogeração do
tipo topping onde o calor utilizado pelo processo industrial é aproveitado do
rejeito da geração elétrica.
Por outro lado, os processos industriais citados nessa alternativa operam
em altas temperaturas. Após o processo, os gases de exaustão ainda
encontram-se a temperaturas suficientemente elevadas para geração de
energia elétrica. Ao invés de descartá-lo diretamente na atmosfera, este
calor residual pode ser direcionado a um trocador de calor, para produção de
107.985.926-80
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vapor que alimentará uma turbina a vapor, aumentando a eficiência global do
processo. Neste caso, o ciclo tipo bottoming é adotado.
III - VERDADEIRA. Nos sistemas tipo topping cycle, o combustível é usado pri-
meiramente na produção de energia elétrica ou mecânica em turbinas a gás
devido a temperatura ainda elevada e o calor rejeitado é recuperado para o
sistema térmico.
KW Condensado
Vapor
Chaminé
Caldeira
Recuperação
Gás
Esquema do sistema de cogeração do tipo "topping cycle".
Como o fluxo energético a ser reaproveitado citado na alternativa ainda se
apresenta em uma temperatura elevada, o mais apropriado é utilizá-lo pri-
meiramente para geração de energia elétrica para depois disponibilizar para
um processo industrial comum. Para este caso, o mais apropriado é o ciclo
do tipo topping, supondo que se trata de um processo industrial típico, onde
a temperatura habitual de interesse está abaixo dos 200◦C.
�� ��Alternativa (C)
107.985.926-80
107.985.926-80
107.985.926-80
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Questão 18
(Engenheiro(a) Equipamentos Júnior - Elétrica - Termoaçu 2008)
O processo de funcionamento das centrais termelétricas
é baseado na conversão de energia térmica em energia
mecânica, e desta, em energia elétrica. O processo é
iniciado com o aquecimento de um fluido que, assim, se
expande realizando trabalho juntamente a turbinas térmicas.
Logo após, ocorre o acionamento mecânico de um gerador
elétrico acoplado ao eixo da turbina, obtendo-se assim
energia elétrica. A esse respeito, considere as afirmativas a
seguir.
I - A produção de energia térmica pode-se dar pela trans-
formação da energia química dos combustíveis fósseis
ou pela energia radioativa dos combustíveis radioativos.
II - Termelétricas a vapor utilizam combustão interna para
gerar energia elétrica, podendo utilizar diversos com-
bustíveis como óleo diesel, gás natural ou biomassa.
III - A geração de energia através de termelétricas a gás
se baseia no Ciclo de Brayton, enquanto a geração de
energia através de termelétricas a vapor convencionais
se baseia no Ciclo Rankine.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I
(B) II
(C) III
(D) I e II
(E) I e III
Resolução:
I - VERDADEIRA. Centrais termoelétricas convencionais queimam combustí-
veis fósseis. Centrais nucleares utilizam combustível radioativo para também
aquecer a água. Exceto o combustível, o processo de geração de energia
dos dois tipos de central é bastante parecido.
II - FALSA. A utilização de gás natural comocombustível ocorre em turbinas a
gás, onde realmente a combustão é interna. A combustão externa utiliza
geralmente combustíveis fósseis, onde o calor gerado é utilizado para aque-
cer a água de uma caldeira que, posteriormente, movimentará uma turbina a
vapor.
III - VERDADEIRA. Ciclo Rankine é o ciclo ideal que serve de modelo para tur-
binas a vapor. Ele é composto de quatro processos internamente reversí-
veis: compressão adiabática na bomba, aquecimento isobárico na caldeira,
expansão adiabática na turbina e rejeição de calor a pressão constante no
condensador.
O ciclo Brayton representa o processo que ocorre em uma turbina a gás. A
sequência dos processos é semelhante, porém o fluido de trabalho muda
para ar e os gases na descarga não recirculam, sendo necessário comprimir
um novo volume de ar para manter o ciclo de funcionamento.�� ��Alternativa (E)
107.985.926-80
107.985.926-80
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Questão 19
(Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2010)
O Ciclo Padrão de Ar simplifica a análise termodinâmica
dos ciclos de máquinas de combustão interna. No uso do
Ciclo Padrão,
(A) o fluido de trabalho é uma massa variável.
(B) o ciclo é isotérmico em todo o seu processo.
(C) o processo de transferência de calor instantâneo é subs-
tituído por um processo de combustão.
(D) todos os processos são internamente reversíveis.
(E) a temperatura ambiente é menor que o calor específi-
co do fluido de trabalho.
Resolução:
Como os ciclos termodinâmicos reais que ocorrem em uma máquina tér-
mica são muito complexos de analisar, recorre-se a aproximações, conhecidas por
hipóteses para o ar padrão:
• O fluido operante é o ar, que circula continuamente em circuito fechado e que
tem um comportamento de gás perfeito.
• O sistema será considerado fechado, não havendo admissão nem descarga.
• Os processos de compressão e expansão são considerados isoentrópicos.
• Em substituição à combustão, teremos fornecimento de calor, feito por uma
fonte quente externa.
• Calores específicos do ar permanecem constantes, à temperatura ambiente
de 25◦C.
• Em substituição à descarga de gases, ocorrerá retirada de calor feita por uma
fonte fria externa, sempre a volume constante.
• Todos os processos que constituem o ciclo são internamente reversíveis.
Este modelo simplificado permite o estudo qualitativo da influência dos pa-
râmetros principais no desempenho de máquinas reais.
Lembre-se também que o coeficiente de proporcionalidade c é denominado
calor específico da substância. A unidade de calor específico no Sistema Internaci-
onal é J/(kgK). O calor específico varia com a temperatura e é dimensionalmente
distinto da variável temperatura, não fazendo muito sentido comparar uma gran-
deza com a outra. Em cálculos mais exatos, deve ser considerada a variação do
calor específico com a temperatura.
�� ��Alternativa (D)
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107.985.926-80
107.985.926-80
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Questão 20
(Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2008)
O tipo de planta mais empregada nas usinas termelétricas é
a de ciclo combinado. Nesta planta são empregadas
turbinas a gás e a vapor para a produção de energia. Qual o
ciclo térmico empregado nesta planta, que opera na menor
temperatura?
(A) Otto
(B) Rankine
(C) Diesel
(D) Brayton
(E) Carnot
Resolução:
(A) INCORRETA. Este é um ciclo para motores a combustão. Não é utilizado em
usinas termelétricas.
(B) CORRETA. Localizada a jusante das turbinas a gás no arranjo de ciclo com-
binado, a turbina a vapor trabalha segundo o ciclo de Rankine e a uma tem-
peratura inferior aquela que é conveniente para a turbina a gás. Por isso, os
gases da descarga da turbina a gás, com parte da sua energia já extraída,
são utilizados para auxiliar o aquecimento da água da caldeira.
(C) INCORRETA. Este é um ciclo para motores a combustão. Não é utilizado
utilizado em usinas termoelétricas.
(D) INCORRETA. Este é o ciclo em que se baseia o funcionamento das turbinas a
gás. Turbinas a gás trabalham em temperaturas maiores, mais elevadas que
turbinas a vapor. Por isso, em esquemas de ciclo combinado, estas turbinas
são o primeiro sistema no arranjo, fornecendo calor para funcionamento das
turbinas a vapor.
(E) INCORRETA. O ciclo de Carnot é o ciclo teórico executado por uma máquina
térmica. Este ciclo teórico não ocorre em uma turbina a vapor.
�� ��Alternativa (B)
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107.985.926-80
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Questão 21
(Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2008)
O ciclo térmico de uma usina termelétrica a gás de ciclo simples é conhecido como o Ciclo de Brayton, que, idealmente,
consiste em dois processos isobáricos e dois processos isentrópicos. Em quais componentes da planta da termelétrica
ocorrem os dois processos isobáricos?
(A) Câmara de Combustão e Recuperador de Calor
(B) Turbina e Compressor
(C) Turbina e Câmara de Combustão
(D) Recuperador de Calor e Turbina
(E) Compressor e Câmara de Combustão
Resolução:
O ciclo se constitui de quatro etapas. Primeiramente, o ar em condição am-
biente passa pelo compressor, onde ocorre compressão adiabática e isentrópica,
com aumento de temperatura e consequente aumento de entalpia.
Comprimido, o ar é direcionado às câmaras de combustão, onde mistura-se
com o combustível possibilitando queima e aquecimento a pressão constante.
Ao sair da câmara de combustão, os gases, a alta pressão e temperatura, se
expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de entropia. A
potência extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor e
eventualmente para acionar outra máquina.
Conceitualmente, a última etapa representa a transferência de calor do fluido
para o ambiente ou para um recuperador de calor. Esta rejeição de calor é con-
siderada como acontecendo a pressão constante, pois é definida pela pressão
de trabalho do recuperador ou pela pressão atmosférica presente na descarga da
turbina.
�� ��Alternativa (A)
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Questão 22
(Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2010)
A Central Termelétrica a Ciclo Combinado, cujos gases
obtidos na combustão transferem calor diretamente à Tur-
bina a Vapor antes de se expandir na Turbina a Gás, ca-
racteriza a configuração de uma Central
(A) a Ciclo Aberto. (B) a Ciclo Fechado.
(C) em Série. (D) em Paralelo.
(E) em Série-Paralelo.
Resolução:
Ciclo aberto é o que acontece em central a gás, ou seja, o fluido de trabalho
(ar) é admitido na pressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela
turbina, são descarregados de volta na atmosfera sem que retornem à admissão.
Já a água de caldeira de uma central a vapor permanece recirculando em circuito
fechado sem ser descartada, pois está água deve ser livre de impurezas para evitar
danos e corrosão na turbina a vapor.
Uma central de ciclo combinado em série é a que liga um ciclo Brayton com
uma turbina a gás e um ciclo a vapor através de uma caldeira de recuperação. Os
gases da descarga da turbina a gás, já com um pouco da sua energia consumida,
são a fonte de calor para a água na caldeira da turbina a vapor. Neste caso, os
gases de uma exaustão da turbina a gás podem ser utilizados para a geração de
vapor em dois níveis de pressão.
Uma central em paralelo é aquela em que o combustível é utilizado para
gerar o calor para os dois ciclos. Os gases obtidos no processo de combustão
transferem calor diretamente para a água da turbina a vapor antes de se expandi-rem na turbina a gás.
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As centrais em série/paralelo funcionam como as em série, mas empregam
a queima de combustível adicional na caldeira de recuperação.
�� ��Alternativa (D)
Questão 23
(Profissional Júnior - Elétrica - BR Distribuidora 2008)
A figura acima apresenta os diagramas de dois sistemas industriais que produzem energia eletromecânica por meio dos
Equipamentos I e II, que possuem o mesmo rendimento independente do sistema em que se encontram. O primeiro Sistema
consome 100 unidades de energia térmica para produzir, por meio do Equipamento I, 20 unidades de energia eletromecânica
e 40 unidades de energia térmica útil para ser reaproveitada pelo Equipamento II, cujo rendimento é de 35%. No segundo
Sistema, o Equipamento I produz 20 unidades de energia eletromecânica. Considerando que o Sistema II produz a mesma
energia eletromecânica que o Sistema I, a relação entre os rendimentos globais do Sistema I e do Sistema II (
 
I II
) é
(A) 0,6 (B) 1,0
(C) 1,4 (D) 1,8
(E) 2,2
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
ENERGIA TÉRMICA
ÚTIL
ENERGIA
ELETROMECÂNICA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
SISTEMA I SISTEMA II
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
I
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
I
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
II
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
II
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Resolução:
No Sistema I, a Energia Térmica de Entrada é 100. Uma saída do Equipa-
mento I produz 20 unidades de Energia Mecânica. Uma outra saída do Equipa-
mento I transfere 40 unidades de Energia Térmica Útil para o Equipamento II. No
Equipamento II, o rendimento de 35% permite produzir 14 unidades de Energia
Mecânica.
EM = ETu × η
EM = 40× 0, 35
EM = 14 u
O rendimento (ηI) deste sistema é calculado pela razão entre a Energia Me-
cânica Total (EMt) produzida pelo sistema e a Energia Térmica de Entrada (ETe):
ηI =
EMt
ETe
ηI =
20 + 14
100
ηI =
34
100
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
ENERGIA TÉRMICA
ÚTIL
ENERGIA
ELETROMECÂNICA
SISTEMA I
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
I
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
II
100 u
20 u
14 u
Rendimento = 35%
40 u
No Sistema II, os equipamentos estão em um arranjo diferente. O enunciado
afirma que o Equipamento I produz a mesma quantidade de Energia Mecânica, ou
seja, 20 unidades. Perceba que o enunciado deixa claro que os Equipamentos I e
II possuem o mesmo rendimento independente do sistema em que se encontram.
O Sistema II deve produzir a mesma quantidade de energia que o sistema
anterior, ou seja, 34 unidades. Como 20 dessas 34 unidades de Energia Mecâ-
nica serão produzidas pelo Equipamento I, restam 14 unidades para produção no
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Equipamento II. Já que o rendimento se mantém:
EM = ETe × η
ETe =
EM
η
ETe =
14
0, 35
ETe = 40 u
O rendimento (ηII) deste sistema também deve ser calculado pela razão
entre a Energia Mecânica Total (EMt) produzida pelo sistema e a Energia Térmica
Total de Entrada (ETe):
ηII =
EMt
ETe
ηII =
20 + 14
100 + 40
=
34
140
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA TÉRMICA
DE ENTRADA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
ENERGIA ELETROMECÂNICA
SISTEMA II
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
I
E
Q
U
IP
A
M
E
N
T
O
II
100 u 20 u
Rendimento = 35%
14 u40 u
A relação entre os rendimentos globais (RRG) do Sistema I e do Sistema II
é:
RRG =
ηI
ηII
RRG =
34
100
34
140
RRG =
140
100
RRG = 1, 4 �� ��Alternativa (C)
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Questão 24
(Engenheiro(a) de Termelétrica Júnior - Eng. Elétrica - Termorio 2009)
Considere as afirmativas a seguir sobre centrais
termelétricas.
I – No Ciclo Ideal de Brayton, os processos que ocor-
rem na câmara de combustão e no recuperador de
calor são isentrópicos.
II – O rendimento das centrais de ciclo combinado é
maior do que o de uma turbina a gás operando iso-
ladamente.
III – O intercooling e a regeneração de calor são formas
de melhorar a eficiência do Ciclo de Brayton.
Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s)
(A) I, apenas.
(B) II, apenas.
(C) I e III, apenas.
(D) II e III, apenas.
(E) I, II e III.
Resolução:
I - FALSA. O Ciclo Brayton é o modelo para aplicações de turbinas a gás. Este
ciclo é composto por quatro processos internamente reversíveis:
• Compressão isentrópica (compressor).
• Adição de calor a pressão constante (câmara de combustão).
• Expansão isentrópica (turbina).
• Rejeição de calor a pressão constante (descarga ou recuperador de ca-
lor).
II - VERDADEIRA. O objetivo principal do arranjo do ciclo combinado é aprovei-
tar melhor a energia presente no processo, resultando em algo mais eficiente.
O rendimento individual das centrais termoelétricas operando em ciclo com-
binado (gás + vapor) é sacrificado em prol do rendimento global do conjunto.
Alterando os pontos de operação, que afeta diretamente os rendimentos in-
dividuais, o acoplamento entre os ciclos sai favorecido.
III - VERDADEIRA. Um intercooler é qualquer dispositivo mecânico usado para
resfriar um fluido, incluindo líquidos e gases, entre estágios de um processo
onde ocorre aquecimento do fluido. Acaba sendo utilizado entre os compres-
sores na entrada da turbina a gás para poder aplicar pressões maiores ao ar
consumido, o que melhora a eficiência do ciclo termodinâmico.
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Regeneração no Ciclo Brayton é usada para aproveitar a alta temperatura da
saída dos gases da turbina para aquecer o ar que sai do compressor antes
de entrar na câmara de combustão. Essa estratégia diminui o consumo de
combustível e aumenta a eficiência do ciclo. Só é válido o emprego deste
equipamento quando a temperatura de saída do compressor for menor que
a temperatura dos gases da saída da turbina.
�� ��Alternativa (D)
Questão 25
(Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2011)
Em um sistema de bombeamento de água, utiliza-se uma 
bomba centrífuga cuja vazão e altura de carga total são, res-
pectivamente, 0,5 m3/s e 3 m quando operando a 1.800 rpm. 
A bomba é acionada por um motor elétrico síncrono de 
4 polos, conectado a uma rede elétrica de frequência igual a 
60 Hz. Considere que o escoamento é permanente, não vis-
coso, uniforme e sem perdas. Se o motor elétrico for substi-
tuído por um motor síncrono de 2 polos, então, nessa nova 
condição, a altura de carga total da bomba, em metros, é 
(A) 0,75
(B) 1,50
(C) 6,00
(D) 9,00
(E) 12,00
Resolução:
A rotação síncrona de um motor (rpm) é o numero de rotações, para dados
valores do número de pólos (p) e da freqüência (f), que o motor irá apresentar. É
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107.985.926-80
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possível calcular a velocidade síncrona (n) do motor através da fórmula:
n =
120f
p
Considerando a frequência da rede como 60 Hz, para um motor síncrono de
4 pólos, a velocidade síncrona (n) da bomba será:
n =
120f
p
n =
120× 60
4
n = 120× 15
n = 1800 rpm
Esta é justamente a velocidade fornecida no enunciado, ou seja, o motor
apresenta velocidade síncrona, sem escorregamento. Calculando a velocidade
que o motor de 2 pólos irá operar:
n =
120f
p
n =
120× 60
2
n = 120× 30
n = 3600rpm
É usual prever o desempenho da bomba em uma rotação diferente daquela
para a qual as curvas características conhecidas foram produzidas. Em condições
de similaridade (pontos homólogos), os rendimentos hidráulicos são idênticos e a
seguinte relação é válida:
H1
H2
=
N21
N22
H1
3
=
36002
18002
H1
3
=
362
182
H1
3
=
22
12
H1 = 3× 4
H1 = 12 m �� ��Alternativa (E)
107.985.926-80
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Questão 26
(Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2008)
As Usinas Termelétricas produzem energia elétrica a partir
da queima de combustível e podem ser de ciclo simples ou
de ciclo combinado. A grande vantagem do ciclo combinado
sobre o ciclo simples é o seu maior rendimento, alcançado
devido à(ao)
(A) melhor configuração do sistema da torre de arrefecimento,
o que implica menor perda de água.
(B) maior eficiência das caldeiras, que conseguem aprovei-
tar o calor desprendido, reutilizando-o nelas próprias, no
ciclo seguinte de aquecimento.
(C) necessidade de menor temperatura para as caldeiras de
geração de vapor.
(D) aproveitamento da energia térmica desprendida no pro-
cesso primário de geração, que pode ser utilizada em
outras máquinas térmicas.
(E) aproveitamento da energia térmica desprendida no pro-
cesso de arrefecimento da geração, que pode ser utili-
zada em outras máquinas térmicas.
Resolução:
As usinas termoelétricas são máquinas térmicas que têm como objetivo a
conversão da energia de um combustível em energia elétrica.
Uma usina termoelétrica operando em ciclo combinado pode ser definida
como um conjunto de equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica
através de um processo que combina a operação de uma turbina a gás e uma
turbina a vapor.
No ciclo combinado, o calor necessário para a caldeira da turbina a vapor
é fornecido pelos gases quentes da exaustão da turbina a gás. Esta estratégia
melhora o rendimento global do processo.
Os gases de escape da turbina a gás, devido à temperatura, promovem a
transformação da água em vapor para o acionamento de uma turbina a vapor,
nas mesmas condições descritas no processo de operação de uma termoelétrica
convencional.
Os dois sistemas estão ligados por uma caldeira de recuperação (HRSG)
onde se aproveita a energia dos gases de escape da turbina a gás para gerar
vapor de água que alimenta a turbina a vapor.
�� ��Alternativa (D)
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107.985.926-80
107.985.926-80
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Questão 27
(Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2012)
Considere as informações a seguir para responder às
questões a seguir.
Uma bomba centrífuga, quando operando com velocidade
de rotação de 3500 rpm, tem a sua altura manométrica
definida pela seguinte equação característica:
Hman= 150 − 200 Q
2
onde Hman é a altura manométrica, em m, e Q é a vazão,
em m3/s.
Parte 1
Considere a operação de duas bombas centrífugas, idên-
ticas à apresentada, conectadas em paralelo. A altura
manométrica total do sistema é denominada Hman−total e a
vazão total do sistema é denominada Qtotal . As unidades
de medida não foram alteradas.
Qual a expressão característica que define a altura mano-
métrica total do sistema?
(A) Hman−total = 300−200
2
totalQ
(B) Hman−total = 300−100
2
totalQ
(C) Hman−total = 150−200
2
totalQ
(D) Hman−total = 150− 50
2
totalQ
(E) Hman−total = 75−50
2
totalQ
Resolução:
A associação de bombas em paralelo consegue proporcionar uma vazão
maior nas mesmas condições de serviço. O emprego de bombas em paralelo
permite uma vantagem operacional de que havendo falha no funcionamento em
uma das bombas, não acontecerá a interrupção completa e, sim, apenas uma
redução da vazão bombeada pelo sistema.
A vazão do arranjo aumenta, pois a vazão total é a soma das vazões for-
necidas por cada bomba. Como as bombas são idênticas, a vazão do conjunto
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dobra.
Qtotal = Q1 +Q2
Qtotal = Q+Q
Qtotal = 2Q
Para a associação de bombas em paralelo, a altura manométrica do con-
junto é igual a altura manométrica individual das bombas, ou seja, a altura mano-
métrica será expressa pela mesma lei.
Hman−total = H1 = H2
Hman−total = Hman
Hman−total = 150− 200Q2
Hman−total = 150− 50× 4Q2
Hman−total = 150− 50(2Q)2
Hman−total = 150− 50(Qtotal)2
Dessa maneira, obtemos uma expressão para Hman−total em função de Qtotal.
Recomenda-se evitar a instalação de bombas diferentes em paralelo, para
evitar o risco de uma delas impor um head superior ao máximo que a outra pode
sustentar, ficando esta em shut-off (condição de vazão nula).
�� ��Alternativa (D)
Questão 28
(Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2012)
Inicialmente a bomba opera com uma vazão de 720 m3/h,
com velocidade de rotação descrita anteriormente (3500 rpm). 
A partir do conceito da lei de similaridade para bombas,
qual a altura manométrica obtida, em m, caso a velocida-
de de rotação dessa bomba seja alterada para 1750 rpm?
(A) 35,5
(B) 37,5
(C) 71,0
(D) 75,0
(E) 149,5
Parte 2
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Resolução:
Para calcular a altura manométrica Hman para uma vazão de 720 m3/h a
3500 rpm, basta utilizar a fórmula fornecida pelo enunciado:
Hman = 150− 200Q2
Porém, a vazão utilizada nessa fórmula deve ser expressa em m3/s. Sa-
bendo que uma hora possui 3600 segundos:
Q =
720
3600
Q =
1
5
Q = 0, 2 m3/s
Buscando a altura manométrica correspondente a vazão encontrada, temos:
Hman = 150− 200Q2
Hman = 150− 200(0, 2)2
Hman = 150− 200× 0, 04
Hman = 150− 8
Hman = 142 m
A lei de similaridade para bombas relaciona pontos homólogos através da
altura manométrica (H) e rotação (N) da seguinte forma:
H1
H2
=
N21
N22
H1
142
=
17502
35002
H1
142
=
12
22
H1
142
=
1
4
H1 =
142
4
H1 = 35, 5 m
�� ��Alternativa (A)
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Questão 29
(Engenheiro(a) Júnior - Elétrica - Transpetro 2012)
Uma bomba centrífuga opera em uma velocidade de rota-
ção de 900 rpm e com uma vazão de 40 m3/h. Sabe-se que 
o diâmetro do impelidor da bomba é de 20 cm. Deseja-se
substituir essa bomba por outra do mesmo tipo, porém,
com diâmetro do impelidor de 10 cm e operando com uma
velocidade de rotação de 1800 rpm.
Considerando que o fluído de trabalho é ideal e que todos
os critérios de similaridade dinâmica são satisfeitos, o va-
lor da vazão, em m3/h, após a substituição da bomba, é
(A) 10
(B) 20
(C) 40
(D) 60
(E) 80
Resolução:
As equações de Rateaux, que valem para pontos homólogos, representam
a variação da vazão (Q), da altura total de elevação (H), da potência de eixo (P) e
do rendimento total (H), com variação da rotação (N).
Os fabricantes de bombas se utilizam do efeito da variação do diâmetro
do impelidor no sentido de utilizar um mesmo modelo de bomba para cobrir uma
ampla faixa operacional, apenas alterando o diâmetro do impelidor.
Uma série homóloga é o conjunto de bombas de tamanhos diferentes, po-
rém com as mesmas proporções, geometricamente semelhantes. Em uma série
desta natureza, segundo as leis da similaridade, temos a seguinte correlação:
Q1
N1D31
=
Q2
N2D32
Q1
1800× 103
=
40
900× 203
Q1 =
40× 1800× 103
900× 203
Q1 =
40× 18× 103
9× 203
Q1 =
40× 18× 13
9× 23
Q1 =
40× 2
1× 23
Q1 =
80
8
Q1 = 10 m
3/h �� ��Alternativa (A)
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Questão 30
(Engenheiro(a) de Termelétrica Júnior - Eng. Elétrica - Termobahia 2012)
A cogeração é uma solução apontada para o aproveita-
mento energético de um sistema.
No âmbito da geração de energia elétrica, o sistema ener-
gético que utiliza a tecnologia de cogeração dispõe de
(A) uma fonte de energia elétrica para geração de energia
mecânica e de energia térmica. 
(B) uma fonte ou mais de energia para produção de
energia elétrica por meio de dois ou mais processos
(tecnologia) de geração.
(C) uma fonte ou mais de energia para a produção de
energia elétrica e de energia térmica.
(D) um processo (tecnologia) convencional de geração de
energia elétrica associado com a geração por meio de 
fontes alternativas de energia.
(E) duas fontes ou mais de energia para a produção de
energia elétrica.
Resolução:
Cogeração é a produção simultânea e de forma sequenciada de duas ou
mais formas de energia a partir de um único combustível. O processo mais comum
é a produção de eletricidade e energia térmica a partir do uso de gás natural.
A cogeração consiste no aproveitamento local do calor residual, originado
nos processos termodinâmicos de geração de energia elétrica que, de outra forma,
seria desperdiçado.
O aproveitamento ocorre sob a forma de geração de vapor para uma aplica-
ção secundária, que pode ou não estar ligada ao processo principal.
Através da cogeração, é possível aproveitar para produção de energia tér-
mica. O calor antes perdido, aumentando a eficiência energética do processo,
pode chegar a 90% da energia contida no combustível.
Ciclo Combinado possui dois ciclos termodinâmicos, normalmente Brayton-
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Rankine e produz um produto final (eletricidade). Na cogeração, o sistema parte
de um recurso, com um ciclo termodinâmico, obtendo-se dois produtos finais, tipi-
camente eletricidade e vapor. �� ��Alternativa (C)
Questão 31
(Engenheiro(a) de Termelétrica Júnior - Eng. Elétrica - Termobahia 2012)
Considerando o caso ideal, o ciclo térmico do processo
termodinâmico em que a operação de uma turbina a gás
se baseia é o ciclo de
(A) Stirling
(B) Rankine
(C) Otto
(D) Carnot
(E) Brayton
Resolução:
O ciclo Brayton é um ciclo termodinâmico no qual a adição de calor ocorre
a pressão constante. Este ciclo é utilizado no estudo das turbinas a gás. Ele é um
ciclo ideal, uma aproximação dos processos térmicos que ocorrem nas turbinas a
gás, descrevendo as variações de estado dos gases. O conceito é utilizado como
base didática e para análise dos ciclos reais. Na prática, as turbinas a gás se
desviam do modelo ideal, devido a limitações tecnológicas e fenômenos como o
atrito. A diferença entre o modelo teórico e o real é expresso através do rendimento
que a turbina apresenta.
Não confundir o caso ideal para turbinas a gás com o ciclo de Carnot. O
ciclo de Carnot expressa o rendimento máximo teórico para uma máquina térmica
ideal trabalhando entre dadas temperaturas de uma fonte quente e de uma fonte
fria. O ciclo de Carnot é realizado por duas transformações adiabáticas e duas
isotérmicas. O ciclo de Brayton é realizado por duas transformações isoentrópicas
e duas isobáricas.
�� ��Alternativa (E)
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