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Termodinâmica

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Na propulsão de navios a vapor, utiliza-se o ciclo Rankine, no qual o fluido de trabalho é a água nas fases líquida e gasosa (vapor). Esse tipo de propulsão surgiu na metade do século XIX, quando se conseguiu desenvolver materiais resistentes a altas temperaturas, o que coincidiu com o desenvolvimento de processos de fabricação com o uso de soldagem de metais no lugar de rebites. Considerando o conteúdo estudado sobre máquinas térmicas, analise as afirmativas a seguir sobre sua caracterização:
Está correto apenas o que se afirma em:
I. Opera com uma fonte quente (na caldeira)) e uma fonte fria (no condensador).
II. Opera com bombas, para introduzir água no interior da caldeira, e opera com turbina, onde se produz trabalho.
III. No condensador, retira-se calor do vapor até atingir a fase sólida (gelo).
IV. Pode-se admitir entrada de umidade no interior da turbina.
V. Os problemas identificados de corrosão nesse tipo de instalação são muito pequenos ou deletérios, porque a instalação encontra-se totalmente isolada ou blindada.
IV e V.
II e V.
II e III.
Correta: I e II.
II e IV.

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Vamos analisar cada afirmativa: I. Opera com uma fonte quente (na caldeira) e uma fonte fria (no condensador). Verdadeiro, essa é uma característica fundamental do ciclo Rankine, que utiliza uma fonte quente para vaporizar a água e uma fonte fria para condensá-la. II. Opera com bombas, para introduzir água no interior da caldeira, e opera com turbina, onde se produz trabalho. Verdadeiro, o ciclo Rankine utiliza bombas para mover a água e turbinas para converter a energia térmica em trabalho. III. No condensador, retira-se calor do vapor até atingir a fase sólida (gelo). Falso, no condensador, o vapor é resfriado até se tornar líquido, mas não atinge a fase sólida (gelo) no ciclo Rankine. IV. Pode-se admitir entrada de umidade no interior da turbina. Falso, a entrada de umidade na turbina pode causar danos e reduzir a eficiência, portanto, não é desejável. V. Os problemas identificados de corrosão nesse tipo de instalação são muito pequenos ou deletérios, porque a instalação encontra-se totalmente isolada ou blindada. Falso, a corrosão pode ser um problema significativo em sistemas de propulsão a vapor, e a afirmação não é precisa. Com base nas análises, as afirmativas corretas são I e II. Portanto, a alternativa correta é: Correta: I e II.

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Em um ciclo Brayton, em um diagrama pressão × volume, temos dois processos isobáricos (um na câmara de combustão e outro na admissão) e dois processos isoentrópicos (mesma entropia, no compressor e na turbina). A energia é transmitida na câmara de combustão, enquanto o trabalho feito é medido na turbina e o trabalho fornecido verifica-se no compressor. Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre a atuação dos compressores, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
I. ( ) O rendimento térmico da instalação é definido pela relação entre a energia fornecida dividida pelo trabalho do compressor.
II. ( ) O rendimento é obtido pela razão entre o trabalho da turbina e o trabalho do compressor.
III. ( ) Dividindo-se a energia fornecida pelo trabalho da turbina, obtemos o rendimento térmico.
IV. ( ) O trabalho líquido decorre da subtração entre o trabalho produzido na turbina e o trabalho consumido no compressor. Tomando-se esse resultado e dividindo-o pelo calor recebido, temos o rendimento térmico em um ciclo aberto.
V. ( ) Com um trabalho líquido de 40 MJ e calor recebido de 90 MJ, temos um rendimento térmico aproximado de 0,44.
F, V, F, V, V.
Correta: F, F, F, V, V.
V, F, F, V, V.
V, F, V, F, F.
V, V, F, F, V.

Leia o trecho a seguir: “Pela primeira vez na história, se todos os padrões básicos de algum modo se perdessem, poderiam ser recuperados e o mundo teria exatamente os mesmos padrões de medidas que antes”. Fonte: CREASE, R. A Medida do Mundo. Rio de Janeiro: Zahar, 2013. O desenvolvimento da instrumentação seguiu caminho subsequente àquele do reconhecimento da necessidade de se fazer medidas, melhorando nosso dia a dia. Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre unidades de pressão e vazão, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
I. ( ) 1 atmosfera ou 1bar equivalem a 20 kgf/cm2 e a 800 mm de Hg.
II. ( ) 1 m3/s equivale a 30 pés3/min.
III. ( ) 1 Pascal pode ser considerada um valor de pressão subatmosférica.
IV. ( ) 164.5 psi absolutas equivalem a cerca de 10 atm medidas, acrescidas de 1atm.
V. ( ) 10 MPa é uma pressão muito alta, porque equivale cerca de 100 atm.
V, V, F, V, F.
Correta: F, F, V, V, V.
V, F, F, F, V.

Em operações industriais, utilizamos o ar comprimido por causa de sua disponibilidade e custo baixo. Esse tipo de ar é empregado em diversas tarefas como, por exemplo, o acionamento de pistolas ou ferramentas automotivas. Uma aplicação muito comum verifica-se em gabinetes de odontologia, no acionamento de motores para tratamento dentário. É possível afirmar que o uso do ar em compressores requer cuidados técnicos. Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre ar atmosférico, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
A seguir, assinale a alternativa correta:
I. A umidade e os particulados presentes no ar podem provocar danos severos nos componentes do compressor.
II. São incompressíveis e podem ter tamanhos da ordem de micra, provocando trincas ou mossas nos itens.
Correta: As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
As asserções I e II são proposições falsas.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.

O ciclo de Carnot é uma referência em termos de rendimento, sendo considerado um ciclo ideal (aquele de maior rendimento entre determinadas fontes quente e fria). Em todo ciclo termodinâmico de máquinas térmicas, procuram-se medidas para que se tenha o maior rendimento, inclusive, mais recentemente, por questões ambientais. Considerando essas informações e o conteúdo estudado nas Definições, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
I. ( ) Ao diminuir a temperatura da fonte fria, por causa das trocas de calor, veremos uma melhoria no rendimento da máquina.
II. ( ) Quando percebemos que houve uma redução na temperatura da fonte quente, certamente mediremos uma economia de combustível decorrente do incremento no rendimento da máquina.
III. ( ) Melhora-se o rendimento térmico, ao manter inalterada a temperatura da fonte fria e alterar a temperatura da fonte quente.
IV. ( ) Incrementar de 20º C as duas temperaturas , para se medir uma melhora o rendimento da máquina.
V. ( ) Melhora-se o térmico, com redução do consumo de combustível, modificando o volume do fluido de trabalho, independentemente das temperaturas das fontes de troca de calor.
V, V, F, V, V.
F, V, F, V, V.
Correta: V, F, V, F, F.
V, V, V, F, V.
F, F, V, V, F.

A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece uma relação entre a energia recebida, o trabalho realizado e a variação da energia interna de uma determinada substância, todos esses valores medidos em Joules. Quando associamos essas parcelas em relação ao fluxo de massa (kg/s), teremos a potência desenvolvida (watts). Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre as relações termodinâmicas, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
A seguir, assinale a alternativa correta:
I. Para uma energia recebida q, em Joules, podemos ter a realização de um trabalho w, também em Joules, e a variação de energia interna (u) ficará inalterada.
II. Para que isso ocorra, a energia recebida deve ser muito maior que o trabalho executado.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
As asserções I e II são proposições falsas.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
Correta: A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.

Observe a tabela a seguir: O conceito de calor específico de um material diz respeito à energia necessária (em Joules) para que aumentemos em um 1 ºC ou 1K a temperatura da massa de 1 kg desse material. A tabela apresentada expõe alguns valores de calores específicos, obtidos com a pressão constante (Cp) ou com o volume constante (Cv), onde a unidade é kJ/kg.K. Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre calores específicos, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
A seguir, assinale a alternativa correta:
I. O calor específico é um conceito importante para avaliar a energia envolvida no processo térmico de alteração da temperatura da massa de determinado material.
II. Dependendo do processo, mesmo com a pressão constante (isobárica) ou volume constante (isocórico) a quantidade de energia pode variar de acordo com a substância utilizada.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
Correta: As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
As asserções I e II são proposições falsas.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.

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. 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:
Está correto apenas o que se afirma em:
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%.
III, IV e V.
II e III.
Correta: II, III e IV.
IV e V.
II e V.

O volume específico é uma propriedade térmica que serve de referência para o estudo de processos em máquinas térmicas. Considere uma substância que ocupa um volume de 3,5 m³ e que sua massa é de 14 kg. De acordo com as informações e o conteúdo estudado nas definições, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
A seguir, assinale a alternativa correta:
I. O volume específico dessa substância é de 0,25 m3/kg.
II. O volume específico resulta da divisão da massa pelo volume indicados ou, em números, temos 14 kg/3,5 m3, o que perfaz 4 kg/m3.
As asserções I e II são proposições falsas.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
Correta: A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.

Para compressores com lóbulos a potência envolvida na compressão é melhor utilizada, uma vez que não há volumes mortos. Essa potência é dimensionada pela seguinte equação, considerando que o fluxo de ar será igual à rotação do compressor x o volume processado: volume = 0,75.D2.L e pot. necessária = (fluxo de ar x diferença de pressão) / rendimento. No compressor de lóbulos, o diâmetro (D) é igual a 0,28 m e o comprimento (L) deve ser de 0,8m. A compressão adotada é de 3 ATM (300 kPa), com rendimento de 0,85 para uma rotação de 1,2 rad/s. Considerando essas informações e o conteúdo estudado sobre máquinas térmicas, analise as afirmativas a seguir.
Está correto apenas o que se afirma em:
I. A potência necessária deve ser de 20 kW.
II. A rotação indicada equivale, em um tacômetro, a 20 rpm.
III. O volume de ar nessas condições é de aproximadamente 0,05 m3.
IV. O fluxo de ar (m3/s) calculado é de 0,06 m3/s.
II, III e IV.
Correta: I, III e IV.
III e IV.
I e II.
II e III.