Questões de Conhecimentos Técnicos de um determinado Cargo/Área do ano 2013

Deseja-se analisar a viabilidade de cinco ciclos de potência apresentados nas alternativas de (a) a (e). Cada um dos motores transfere calor com os mesmos dois reservatórios térmicos, o reservatório a alta temperatura, cuja temperatura é T_H = 327 ºC, e o reservatório a baixa temperatura, cuja temperatura é T_L = 27 ºC. Sendo Q_H o calor transferido do primeiro reservatório para um motor, Q_L o calor transferido de um motor para o reservatório a baixa temperatura e W o trabalho realizado por um motor sobre a vizinhança, assinale a alternativa que apresenta um ciclo motor que satisfaz a 1.ª e a 2.ª leis da termodinâmica.

• A.

  Q_H = 100 kJ; Q_L = 0; W = 100 kJ.

• B.

  Q_H = 100 kJ; Q_L = 30 kJ; W = 70 kJ.

• C. Q_H = 100 kJ; Q_L = 40 kJ; W = 70 kJ.
• D.

  Q_H = 100 kJ; Q_L = 60 kJ; W = 40 kJ.

• E.

  Q_H = 100 kJ; Q_L = 70 kJ; W = 40 kJ.

Considere dois motores de mesmo rendimento térmico que operam segundo um ciclo de Carnot. O primeiro recebe energia por transferência de calor de um reservatório térmico a alta temperatura (T_H = 927 ºC) e rejeita energia também por transferência de calor para um reservatório auxiliar, cuja temperatura Ta obedece à relação T_H > T_a > T_L. O segundo motor recebe energia por transferência de calor do reservatório auxiliar e rejeita energia por transferência de calor para um reservatório a baixa temperatura (T_L = 27 ºC). A temperatura do reservatório auxiliar, T_a, é igual a

• A.

  450 K.

• B.

  600 K.

• C.

  750 K.

• D.

  900 K.

• E.

  1 050 K.

Considere um ciclo de potência composto por quatro processos associados à passagem do fluido de trabalho pela bomba (processo 1-2), caldeira (processo 2-3), turbina (processo 3-4) e condensador (processo 4-1), nessa ordem. A turbina pode ser considerada adiabática e apresenta uma determinada eficiência isentrópica. É correto afirmar que, quando essa eficiência isentrópica tende a zero, o processo 3-4

• A.

  tende a ser um processo isentrópico.

• B.

  tende a ser um processo isocórico.

• C.

  tende a ser um processo isentálpico.

• D.

  tende a ser um processo isobárico.

• E.

  tende a ser um processo reversível.

Em um ciclo de ar-padrão ideal Brayton, a temperatura na entrada do compressor é 300 K. A relação de compressão do compressor é 8, e a vazão volumétrica no ciclo é 10 m³/s. Para simplificação dos cálculos, a relação entre o calor específico a pressão constante e a volume constante do ar pode ser considerada constante e igual a 1,5. O rendimento térmico do ciclo é igual a

• A.

  0,1.

• B.

  0,2.

• C.

  0,3.

• D.

  0,4.

• E.

  0,5.

Deseja-se comparar o trabalho de compressão entre dois ciclos ar-padrão Brayton. No primeiro ciclo existe apenas um compressor isentrópico, com relação de compressão de 10. A temperatura de saída do ar é de 579 K. No segundo ciclo existe um compressor com dois estágios, o primeiro e o segundo, ambos isentrópicos, e com relação de compressão de 4 e 2,5, respectivamente. Entre os dois estágios existe um resfriador intermediário. O ar deixa o primeiro estágio a 446 K, entrando no resfriador nessa temperatura e deixando-o a 300 K, que é a temperatura de entrada do segundo estágio. O ar deixa o segundo estágio a 390 K. Em ambos os compressores o ar entra a 300 K e 100 kPa. O calor específico do ar a pressão constante é igual a 1 kJ/(kgK).

Qual é a diferença entre o módulo do trabalho específico realizado sobre o primeiro compressor e o módulo do trabalho realizado sobre o segundo?

• A.

  43 kJ/kg

• B.

  79 kJ/kg

• C.

  89 kJ/kg

• D.

  143 kJ/kg

• E.

  189 kJ/kg

O ciclo Ericsson é um caso-limite do ciclo Brayton regenerativo com infinitos estágios de reaquecimento e inter-resfriamento, sem irreversibilidades. Dessa forma, o fornecimento de energia ao ciclo se dá a temperatura constante igual a T_H, a temperatura do reservatório a alta temperatura. A rejeição de calor se dá a temperatura constante igual a T_L, a temperatura do reservatório a baixa temperatura. O ciclo Ericsson é composto por dois processos isotérmicos e dois isobáricos, enquanto que o ciclo de Carnot é composto por dois processos adiabáticos e dois isotérmicos, todos reversíveis.

Considerando um ciclo de Carnot e outro Ericsson, ambos operando entre os mesmos reservatórios térmicos, é correto afirmar que

• A.

  o ciclo de Carnot é o que apresenta a maior eficiência térmica.

• B.

  o ciclo Ericsson é o que apresenta a maior eficiência térmica.

• C.

  ambos os ciclos apresentam a mesma eficiência térmica.

• D.

  o trabalho específico realizado pelo ciclo de Carnot é maior.

• E.

  o trabalho específico realizado pelo ciclo Ericsson é maior.

Um motor turbojato é composto por um difusor, um compressor, uma câmara de combustão, uma turbina e um bocal. A potência da turbina é suficiente apenas para acionar o compressor. Os gases de combustão deixam a turbina com pressão e temperatura elevadas e se expandem através do bocal, deixando o turbojato a alta velocidade e produzindo empuxo. Em regime permanente, a pressão e a temperatura na entrada do bocal são iguais a 600 kPa e 1027 ºC, respectivamente, enquanto que a temperatura em sua saída é igual a 527 ºC.

Considere que o fluido de trabalho é o ar modelado como gás perfeito, com calor específico a pressão constante igual a 1 kJ/(kgK).

A velocidade dos gases na saída do bocal é igual a

• A.

  300 m/s.

• B.

  600 m/s.

• C.

  1 000 m/s.

• D.

  1 200 m/s.

• E.

  1 800 m/s.

O ciclo Stirling é composto por quatro processos reversíveis, uma compressão isotérmica do estado 1 ao 2, um aquecimento isocórico de 2 a 3, uma expansão isotérmica do estado 3 ao 4 e um resfriamento isocórico de 4 a 1. A massa de ar contida no motor é m. São conhecidas as temperaturas, T, pressões, p, energias internas específicas, u, e entropias específicas, s, associadas a cada um dos estados. Por exemplo, T₁, p₁, u₁ e s₁ indicam, respectivamente, a temperatura, a pressão, a energia interna e a entropia do estado 1.

O calor transferido ao ciclo a partir do reservatório a alta temperatura, Q_H, é igual a

• A.

  mT₂(s₄ – s₃)

• B.

  mT₃(s₄ – s₃)

• C.

  mT₃(s₃ – s₂)

• D.

  m(u₃ – u₂)

• E.

  m(u₁ – u₂)

O ciclo Stirling é composto por quatro processos internamente reversíveis, uma compressão isotérmica do estado 1 ao 2 (T₁ = T₂), um aquecimento isocórico de 2 a 3 (v₂ = v₃), uma expansão isotérmica do estado 3 ao 4 (T₃ = T₄) e um resfriamento isocórico de 4 a 1 (v₄ = v₁). A massa de ar no motor é m. São conhecidas as temperaturas, T, e pressões, p, associadas a cada um dos estados. Considere que o ar comporta- se como gás ideal, com calores específicos constantes. A constante do ar é igual a R.

O trabalho líquido realizado pelo ciclo é igual a

• A.

  

• B.

  

• C.

  

• D.

  

• E.

  

Uma bomba de calor será usada para manter a temperatura da água de uma piscina em 27 ºC. A piscina está em um ambiente cuja temperatura é 7 ºC. Dessa forma a água da piscina perde energia por transferência de calor para a vizinhança a uma taxa de 150 kW. A mínima potência requerida para acionar a bomba de calor é

• A.

  10 kW.

• B.

  90 kW.

• C.

  120 kW.

• D.

  130 kW.

• E.

  150 kW.