Máquinas Térmicas: Vácuo, Perda de Carga, Calor Específico e Potência

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AOL4 – MAQUINAS TERMICAS
1. 
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Pergunta 1
1 ponto
O engenheiro alemão Otto von Goericke (1602-1686) foi um precursor dos estudos do vácuo, contrapondo-se ao conceito de Aristóteles de que a natureza odiava vácuo, tendo feito experimentos e construído modelos de bombas de sucção, como na figura a seguir, antecessoras dos atuais meios de produzir e manter pressões subatmosféricas.
IMG_02(2).png
Fonte: Bomba de sucção inventada por Otto von Guericke. Disponível em: <https://www.grupoescolar.com/img-conteudo/10424.gif >. Acesso em: 30 jul. 2019.
Sabendo-se que 1 torr equivale a 1/760 bar e considerando o conteúdo estudado sobre os gases perfeitos, analise as afirmativas a seguir:
I. O vácuo possui subdivisões, ou estratificações, sendo um conceito de intensidade única.
II. A cifra de 10-2 mb equivale a cerca de 10 mtorr.
III. Em um recipiente com pressão interna abaixo da atmosférica, há tendência de que este se expanda (aumento de volume).
IV. Von Goericke demonstrou que o vácuo existia, usando-se de experimentos, mesmo que rústicos, com bombas simples de vácuo.
V. Caracteriza-se o vácuo pela redução do número de moléculas disponíveis e livres dentro de um volume, estando em quantidades levemente superiores ao que há na atmosfera ao nível do mar.
Está correto o que se afirma em:
1. I e IV.
2. I, II e IV.
3. I e III.
4. IV e V.
5. II e IV.
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2. 
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Pergunta 2
1 ponto
No uso de ar comprimido, utilizam-se diversos equipamentos para tratar o ar, o que agrega pontos de atrito ou dificuldades ao fluxo, levando ao fenômeno de “perda de carga”, dimensionado pela diminuição de pressão ao longo da linha de ar comprimido. A figura a seguir mostra esse processo:
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Como se observa, o fluxo indicado não varia ao longo do sistema, mas a pressão decai de 8 barg, logo após o compressor, para 6,8 barg, depois do acumulador. Entre ambos, há uma série de filtros (losangos). Com base no que foi estudado sobre a operação de compressores, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. No processo de compressão exposto, o tanque acumulador de capacidade 80 m3 será preenchido em cerca de 6 minutos.
Porque:
II. Apesar de haver uma perda de pressão, o fluxo é mantido constante.
A seguir, assinale a alternativa correta:
1. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
2. As asserções I e II são proposições falsas.
3. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
4. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
5. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
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3. 
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Pergunta 3
1 ponto
No cálculo da potência envolvida em compressão, utilizamos uma propriedade do fluido a ser trabalhado: o calor específico à pressão constante, ou Cp. Essa propriedade é divulgada normalmente à temperatura de 25º C (298K), mas varia com o aumento da temperatura. A figura a seguir mostra essa variação para alguns gases:
IMG_08.png
Considerando a relação Cp = Cv + R, onde Cv é o calor específico com volume constante e R é a Constante Universal dos Gases, e partindo do conteúdo estudado no cálculo da potência de compressão, analise as afirmativas a seguir:
I. Para os gases nobres (Ar, He, Ne etc.), o valor da potência a ser desenvolvida na compressão modifica-se com Cp.
II. Para o gás Oxigênio, pode-se afirmar que o valor da potência a ser desenvolvida aumenta cerca de 27% com o aumento da temperatura, na faixa indicada no eixo horizontal (abcissas), considerando apenas o Cp.
III. Para uma faixa de trabalho industrial, entre 400 e 600K, a potência requerida pela compressão do CO2, analisando-se apenas o Cp, aumenta cerca de 50% com a elevação da temperatura.
IV. Para uma temperatura de 500K, o valor de Cv para o ar aproxima-se de 21,7 J/mol.K, considerando R como 8,3 J/mol.K.
V. Elevando-se a temperatura de 298K para 498K, para o Hidrogênio, o valor de Cv decresce de 20%.
Está correto apenas o que se afirma em:
1. III, IV e V.
2. IV e V.
3. II e III.
4. II e V.
5. II, III e IV.
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4. 
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Pergunta 4
1 ponto
A potência desenvolvida por uma máquina é o quociente entre a energia envolvida e o intervalo de tempo considerado, sendo expressa entre J/s ou Watts. Nos compressores, a potência envolvida é expressa na equação:
Potência envolvida = m'x Cp x T1 (T2/T1 – 1).
Conhecendo a variação de Cp com a temperatura, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. Para os gases nobres, a potência necessária na compressão deve ser reavaliada entre T1 e T2.
Porque:
II. O valor de Cp não varia significativamente entre (T2 – T1).
A seguir, assinale a alternativa correta:
1. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
2. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
3. As asserções I e II são proposições falsas.
4. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
5. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
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5. 
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Pergunta 5
1 ponto
Na figura a seguir, nota-se uma semelhança entre os compressores com lóbulos e as bombas de vácuo do tipo “Roots”, nas quais a área de contato entre os elementos girantes é muito pequena, aproximando-se de uma linha entre dois lóbulos:
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Fonte: Close up cross section… Disponível em: <https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/close-cross-section-show-detail-inside-1145045930>. Acesso em: 30 jul. 2019.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre esse tipo de bomba, analise as afirmativas a seguir:
I. Nesse tipo de bomba, consegue-se atingir pressões da ordem de 10-8 torr.
II. Para se atingir pressões próximas a 10-5 torr, deve-se acoplar um outro tipo de bomba de vácuo à descarga da bomba Roots.
III. Pelo desenho dos lóbulos da figura, o rendimento volumétrico deve ser alto.
IV. Do ponto de vista prático e industrial, é inviável conseguir vácuo expressivo com esse tipo de bomba por causa do formato do lóbulo.
V. Consegue-se vácuo próximo do que se atinge com bombas mecânicas, fato notado pelo formato do impelidor.
Está correto apenas o que se afirma em:
1. III e V.
2. II, III e V.
3. I, II e III.
4. II e III.
5. II, III e IV.
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6. 
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Pergunta 6
1 ponto
A lei de Fick, enunciada na metade do século XIX, estabelece que as moléculas ou átomos migram entre meios, da maior para a menor densidade, em movimentos aleatórios. Esse fenômeno é conhecido como “difusão molecular”.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre as bombas de vácuo do tipo difusão, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. As bombas de vácuo por difusão operam com dois fluidos.
Porque:
II. Um fluido serve para arrastar o outro, requerendo deste fluido um baixo ponto de vaporização, migrando ambos para um meio de menor densidade molecular (região de descarga).
A seguir, assinale a alternativa correta:
1. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
2. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
3. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
4. As asserções I e II são proposições falsas.
5. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
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7. 
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Pergunta 7
1 ponto
A tecnologia de baixíssimas temperaturas, ou criogenia, foi possível com o desenvolvimento de meios de resfriamento e ciclos de refrigeração. Isso teve impulso depois do primeiro terço do século XIX, mas sempre mobilizou a atenção dos cientistas e engenheiros. A figura a seguir mostra sua configuração básica. Na partesuperior, identifica-se o motor elétrico, enquanto na parte inferior há o depósito do fluido criogênico:
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Fonte: Bomba de vácuo criogênica. Disponível em: <http://www.directindustry.com/pt/prod/fives-cryomec-ag/product-69516-550751.html>. Acesso em: 1 ago. 2019.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. Nesse tipo de bomba de vácuo, opera-se com dois fluidos.
Porque:
II. Um será responsável pelo resfriamento, operando em temperaturas muito baixas, e o outro será o fluido a ser evacuado.
A seguir, assinale a alternativa correta:
1. As asserções I e II são proposições falsas.
2. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
3. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
4. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
5. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
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8. 
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Pergunta 8
1 ponto
Derivada do trabalho feito no estudo de gases perfeitos, a equação a seguir apresenta a potência necessária para se comprimir Argônio, com finalidade de abastecer, por exemplo, uma unidade soldagem industrial:
Potência envolvida = m´x [(k x R)/(k-1)] x T1 x ((P2/P1)(k-1)/k -1).
Agora observe os seguintes dados:
- m' = 2 kg/s.
- R = 8,31 J/kg.K.
- k = 1,67.
- T1 = 290K.
- P1 = 1 atm e P2 = 4 atm.
Considerando essas informações e os conteúdos estudados sobre processos de compressão, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
I. ( ) A potência envolvida será maior do que para o Oxigênio (k= 1,4).
II. ( ) A potência envolvida deverá ser igual a 1000 W.
III. ( ) A potência envolvida será menor do que para o Ar (k = 1,393).
IV. ( ) A potência envolvida será maior que 500 W e menor que 800 W.
V. ( ) A potência envolvida deverá se igualar a 9 kW.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
1. V, F, V, V, F.
2. V, V, F, V, V.
3. V, F, F, F, V.
4. F, V, F, V, F.
5. V, V, V, F, V.
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Pergunta 9
1 ponto
Uma das preocupações na exploração espacial foi a sobrevivência humana no vácuo sideral, onde se expõe o astronauta à radiação cósmica, exigindo-se trajes específicos, como na foto, para operar por algumas horas.
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Fonte: NASA Space Exploration Astronaut. Disponível em: <https://www.shutterstock.com/pt/image-photo/nasa-space-exploration-astronaut-elements-this-425983702>. Acesso em: 30 jul. 2019.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre variação da pressão atmosférica, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
I. ( ) A pressão e a temperatura atmosféricas decaem linearmente com a elevação, em função do afastamento do ecossistema terrestre.
II. ( ) A pressão decresce com o aumento da altitude, uma vez que a exposição à radiação cósmica aumentará a temperatura, após a camada da estratosfera.
III. ( ) Podemos medir o vácuo com diversas unidades coerentes, sendo a mais usada o “torr”, que equivale a 1/760 bar.
IV. ( ) Podemos atingir os mesmos patamares de vácuo sideral (inferior a 10-8 torr) em solo terrestre, por meio de sistemas dedicados que empreguem as bombas de vácuo.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
6. F-F-V-V.
7. V-V-F-V.
8. F-V-F-V.
9. V-V-V-F.
10. F-V-V-F.
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9. 
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Pergunta 10
1 ponto
Para se especificar um compressor, diversos parâmetros são necessários, sendo que a pressão final atingida se relaciona com o trabalho a ser fornecido à máquina térmica. Outro parâmetro de relevo é o fluxo de fluido de trabalho, medido em m3/s.
Considerando essas informações e o conteúdo estudado no item sobre dimensionamento de compressores, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. O fluxo de ar é um parâmetro consequente, ou seja, ele resulta de outras definições, não sendo fácil de ser computado.
Porque:
II. O fluxo de fluido de trabalho depende dos tipos e quantidade de usuários.
A seguir, assinale a alternativa correta:
1. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
2. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
3. As asserções I e II são proposições falsas.
4. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
5. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
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