QUESTÃO DE ENGENHARIA docx RESOLVIDO

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Exercícios de revisão Maquiterm
1) O ciclo Brayton é o ciclo ideal para a turbina a gás simples. Qual gráfico pressão-volume se refere especificamente a esse ciclo?
A
B
C
D
2) O ciclo Brayton é um ciclo ideal. No ciclo real semelhante àquele ciclo, o efeito das perdas é de requerer uma quantidade de trabalho
A)maior no compressor e de realizar maior quantidade de trabalho na turbina.
B)maior no compressor e de realizar menor quantidade de trabalho na turbina.
C)menor no compressor e de realizar maior quantidade de trabalho na turbina.
D)menor no compressor e de realizar menor quantidade de trabalho na turbina.
E)menor no compressor, sem afetar o trabalho realizado na turbina.
3) O ciclo padrão Brayton é composto por quatro processos, sendo dois isobáricos e dois isoentrópicos. 
O fluido de trabalho desse ciclo está sempre
A)em mudança de fase: de líquido para vapor
B)em mudança de fase: de vapor para líquido
C)na fase líquida
D)na fase vapor
E)no ponto triplo
4) O aproveitamento de qualquer forma de energia rejeitada em um processo pode ser direcionado à geração de energia elétrica. Esse processo é definido como cogeração. É exemplo de cogeração o aproveitamento de
A)fluxo de vento provocado por um sistema de arrefecimento
B)calor utilizado para o derretimento de metais de uma siderúrgica
C)calor rejeitado por um sistema de geração que utiliza o Ciclo Brayton
D)queda d'água com várias turbinas em série
E)movimentos provocados pela maré
5) A respeito dos aspectos teóricos e práticos sobre o ciclo Brayton, sabe-se que é possível
A)avaliar o rendimento térmico com o conhecimento das temperaturas de entrada e saída do compressor, para o ciclo de Brayton ideal, considerando a análise de ar- padrão frio.
B)inserir um regenerador no ciclo Brayton de ar-padrão, visando ao reaproveitamento dos gases de exaustão na turbina, porém este procedimento acarretará uma queda no rendimento térmico do ciclo.
C)ser representado em um diagrama pressão-volume específico através de um retângulo, no caso do ciclo Brayton ideal de ar-padrão.
D)acrescentar um difusor antes do compressor, o que faz com que a velocidade do ar seja aumentada em uma turbina a gás estacionária.
E)introduzir um bocal, após a turbina com descarga subsônica, com o objetivo de aumentar a pressão conforme o gás escoa por este último equipamento.
6) No processo de cogeração de energia, ocorre a produção conjunta de eletricidade e utilitário, vapor ou água quente.
A planta de cogeração esquematizada na figura acima é um dos arranjos mais utilizados de cogeração em ciclo combinado. Nessa planta, estão combinados os ciclos
A)Brayton e Stirling, nessa ordem.
B)Brayton e Rankine, nessa ordem.
C)Otto e Ericsson, nessa ordem.
D)Rankine e Brayton, nessa ordem.
E)Stoddard e Rankine, nessa ordem.
7) Em relação ao ciclo de Rankine ideal, verifica-se que o(a)
A)trabalho necessário para o acionamento da bomba, por unidade de massa, pode ser avaliado pela área referente ao processo em um diagrama entalpia-volume específico.
B)ciclo é composto por dois processos isentrópicos e dois processos isotérmicos.
C)rendimento térmico do ciclo diminui se o estado do fluido de trabalho, na entrada da turbina, seja vapor superaquecido, ao invés de vapor saturado.
D)área do polígino referente à representação do ciclo, em um diagrama temperatura-entropia, é numericamente igual à taxa de calor transferido à caldeira.
E)eficiência térmica do ciclo pode ser avaliada com o conhecimento dos valores das variações de entalpia específica no condensador e na caldeira.
8) 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
9) O título de vapor que deixa a turbina de um ciclo de Rankine aumenta com o(a)
A)superaquecimento do vapor
B)aumento da pressão no fornecimento de calor
C)aumento da viscosidade do fluido de trabalho
D)resfriamento do líquido comprimido
E)redução da pressão no condensador
10) A eficiência de um ciclo de Rankine pode ser aumentada se a(o)
A)pressão na saída da turbina for aumentada.
B)pressão durante a adição de calor for reduzida.
C)temperatura de rejeição de calor sofrer um aumento significativo.
D)pressão de saída do gerador de vapor sofrer uma redução
E)vapor que sai do gerador de vapor for superaquecido.
11) Considere uma instalação de potência com turbina a gás, representada de forma simplificada pelo ciclo Brayton ideal de ar padrão.
Se as entalpias nos pontos indicados valem h1 = 320 kJ/kg, h2 = 580 kJ/kg, h3 = 1.470 kJ/kg e h4 = 770 kJ/kg, a taxa de trabalho reverso do ciclo é, aproximadamente, igual a
A)32%
B)37%
C)43%
D)45%
E)48%
GABARITO: 1A- 2B- 3D- 4C- 5A- 6B – 7E - 8D – 9A – 10E -11B 
QUESTÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA: O processo de troca térmica entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e se encontram separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações de engenharia. O equipamento usado para efetuar essa troca é denominado trocador de calor. Como existem muitas aplicações importantes, a pesquisa e desenvolvimento voltados para trocadores de calor possuem um longo histórico. Em relação a trocadores de calor, apresente as duas possíveis configurações de um trocador de calor de tubos concêntricos (trocador bipolar); para cada configuração de um trocador de calor de tubos concêntricos, as restrições associadas às temperaturas de saída dos fluidos; o porquê do uso de chicanas em um trocador de calor casco e tubos; como é determinado o coeficiente de troca global de transferência de calor; o efeito que a deposição tem sobre o coeficiente de troca global de transferência de calor e, assim, no desempenho do trocador de calor; o que pode ser dito sobre a variação na temperatura de um fluido saturado evaporando ou condensando em um trocador de calor
RESPOSTA.: Basicamente, no que diz respeito às duas possíveis configurações de escoamento dos fluidos para um trocador de calor de tubos concêntricos, os fluidos quente e frio movem-se no mesmo sentido (configuração paralela) ou em sentidos opostos (configuração contracorrente). Na configuração paralela, os fluidos quente e frio entram pela mesma extremidade, escoam no mesmo sentido e deixam o equipamento também na mesma extremidade e, nessa configuração, a temperatura de saída do fluido frio não será superior a temperatura de saída do fluido quente. Na configuração contracorrente, os fluidos quente e frio entram em sentidos opostos e deixam o equipamento em extremidades opostas. Dessa maneira, a temperatura de saída do fluido frio pode ser superior à temperatura de saída do fluido quente. As chicanas são dispositivos instalados nos trocadores de calor do tipo casco e tubo. Esses dispositivos são instalados visando o aumento do coeficiente convectivo no fluido no lado do casco, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado. Além disso, as chicanas apoiam fisicamente os tubos, reduzindo a vibração induzida pelo escoamento. Uma etapa essencial e, em geral, imprecisa, da análise de um trocador de calor é a análise do coeficiente de troca global de transferência de calor que, em um primeiro momento, é determinada levando em consideração as resistências condutiva e convectiva entre os fluidos separados por paredes planas e cilíndricas, respectivamente, e esses resultados são aplicados apenas quando há superfícies limpas e sem aletas. Vale considerar que, ao longo da operação normal dos trocadores de calor, as superfícies estão sujeitas à deposição de impurezas dos fluidos, à oxidação ou outras reações entre o fluido e o material que constitui a parede. A consequente formação de um filme ou de incrustações sobre a superfície podeaumentar significativamente a resistência térmica à transferência de calor entre os fluidos. Esse efeito é corrigido adicionando ao coeficiente de troca global de transferência de calor um termo referente ao fator de deposição, que tem seu valor dependente da velocidade do fluido, temperatura de operação e tempo de operação do trocador de calor. Por fim, é útil observar certas condições operacionais especiais nas quais trocadores de calor podem ser operados. Há situações em que o fluido quente possui uma taxa de capacidade calorífica muito maior que a do fluido frio e, nesse caso, a temperatura do fluido quente permanece aproximadamente constante ao longo do trocador de calor, enquanto o fluido frio tem a temperatura aumentada. A mesma condição é alcançada quando o fluido quente é um vapor condensado em que a condensação ocorre em temperatura constante. De forma inversa, em um evaporador ou em uma caldeira, é o fluido frio que muda de fase e sua temperatura é praticamente constante. A última situação a ser descrita é para um trocador de calor contracorrente no qual a taxa de capacidades caloríficas é igual. Nesse caso, a diferença de temperatura é constante ao longo do trocado de calor.
QUESTÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA: Em uma determinada empresa, situada na região litorânea, o mecânico de manutenção tinha como procedimento realizar inspeções mensais no sistema de tubulação. Em uma dessas inspeções, o mecânico presenciou o início de ferrugem em um determinado trecho. Ainda, percebeu que essa ferrugem estava apenas nos tubos de aço carbono e não a percebeu no trecho de aço inoxidável. Ao fazer seu relatório, ele descreveu tal situação. Considerando as informações apresentadas e colocando-se na posição de gestor, explique o processo de corrosão, os motivos pelos quais o aço inoxidável não apresentou ferrugem e a influência da condição litorânea da empresa. 
RESPOSTA.: O termo ferrugem, na verdade, é um termo popular para a explicação do processo de corrosão, que ocorre no ferro e em muitas ligas ferrosas, como os aços-carbono, quando expostos à atmosfera ou submersos em águas, por exemplo, causando reações de oxirredução (oxidação e redução), onde ocorre transferência de elétrons entre os átomos evolvidos. Basicamente, o processo da oxidação ocorre em uma área conhecida como ânodo, em que os átomos carregados positivamente deixam a superfície sólida e entram em um eletrólito como íons. Os íons tendem a deixar sua carga negativa correspondente na forma de elétrons do metal, que se transportam do local do cátodo através de um caminho condutivo. No cátodo, a reação de redução correspondente ocorre e consome os elétrons livres. Portanto, pode-se verificar que, necessariamente, quatro componentes são essenciais para uma reação de corrosão: um ânodo que é a região na qual ocorre a oxidação, um cátodo que é a região onde ocorre a redução, um eletrólito que é a solução condutora e uma conexão elétrica entre ânodo e cátodo. O ar atmosférico é o eletrólito mais comum e, pelo fato da empresa estar na região litorânea, esse ar atmosférico pode apresentar níveis mais altos de umidade. A umidade entra no processo, porque a reação de formação de óxidos e hidróxidos requer a presença de água. Nos tubos de aços-carbono comuns, a composição química varia entre 97% de Fe, até 2% de C e outros elementos remanescentes do processo de fabricação. Como o ferro é muito instável na presença de oxigênio, a ação conjunta do O2 e H2O torna o meio agressivo, reagindo com as ligas formadas por ferro e carbono, os aços carbonos. No caso do trecho de aço inoxidável, que é uma denominação empregada para identificar um grupo de ligas ferrosas que contenham no mínimo 11% de cromo em sua composição química, a resistência à oxidação se dá devido ao fenômeno da passividade, que ocorre quando um metal sobrepassa um certo valor de potencial, passando a apresentar uma corrente anódica reduzida, que corresponde a uma pequena e desprezível corrosão. O cromo reage facilmente com o meio ambiente, em particular com o oxigênio, pela sua afinidade química. A combinação desses dois elementos forma um filme fino e aderente que protege o material de subsequentes ataques corrosivos. Na prática, a superfície do aço inoxidável já é naturalmente protegida pela camada passiva. Se por algum motivo essa superfície vier a ser danificada, a camada passiva se recomporá de forma instantânea, devido à reação entre oxigênio e cromo, como em um processo de autorregeneração.