Questões de Engenharia Mecânica do ano 2004

Os motores de combustão interna com ignição por centelha podem ser aproximados por um ciclo Otto, cujos diagramas típicos pressão X volume específico e temperatura X entropia específica estão apresentados abaixo.

Assinale a opção correta.

• A.

  O processo 2-3 acontece quando o pistão está em seu ponto morto inferior.

• B.

  O processo 1-2 é um processo irreversível de adição de calor, acontecendo quando o pistão sai do ponto morto superior para o ponto morto inferior.

• C.

  A queima do combustível é representada por uma adição de calor a volume constante. O resultado deste processo é o aumento da pressão e da temperatura do ar e não é isoentrópico.

• D.

  A presença de irreversibilidades nos processos de expansão e de compressão faria com que os pontos 2 e 4 fossem deslocados para a esquerda no diagrama temperatura-entropia específica.

• E.

  A eficiência de um ciclo Otto qualquer é dada por , onde  representa a razão de volumes e

Com respeito aos tratamentos térmicos, julgue os itens a seguir, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) A figura (1) representa o tratamento térmico chamado recozimento que consiste no aquecimento do aço acima da zo- na crítica, seguido de um esfriamento lento. Com esse tipo de tratamento térmico restitui-se ao material as propriedades normais que foram alteradas por um tratamento mecânico ou térmico anterior, ou ainda refinar texturas brutas de fusão.

( ) Na figura (2) tem-se um diagrama esquemático do tratamento térmico chamado têmpera, caracterizado pelo resfriamento de uma peça acima da zona crítica, seguido de um aquecimento brusco em forno para aumentar a dureza superficial e as resistências à tração, à compressão e ao desgaste de materiais dúcteis.

( ) O tratamento térmico revenido, ilustrado na figura (3), consiste em um resfriamento de uma peça metálica previamente temperada até uma temperatura abaixo da zona crítica. Esse tratamento térmico é praticado com o intuito de corrigir certos efeitos da têmpera, quando se manifesta uma dureza ou fragilidade excessivas.

• A.

  V,V,V

• B.

  V,V,F

• C.

  V,F,V

• D.

  F,V,V

• E.

  V,F,F

Considere uma experiência hipotética em que uma barra de ferro é colocada em água e ocorre somente a reação química anódica:

 Fe → Fe ⁺⁺ 2 e

em que "e" denota elétrons que se originam da reação química. Como os elétrons não podem ser conduzidos para longe do eletrodo é estabelecido um potencial elétrico "V" entre o interior do metal e a solução. Esse potencial pode ser medido relativamente a um eletrodo de referência padrão de hidrogênio com potencial V_o, para concentração unitária (1mol/litro) dos íons Fé⁺⁺ em solução, por meio da lei logarítimica de Nernst

V = V_o + (a Log c ) / b

em que a é uma constante, b a valência do íon e c a concentração de íons Fé⁺⁺ dada em moles de íon/litro.

Assinale a opção incorreta.

• A.

  A reação acima representa a corrosão do ferro metálico (Fe) para a forma oxidada (Fe⁺⁺ ).

• B.

  A valência do íon em questão é 2.

• C.

  Quanto maior a diferença de potencial V-V_o maior será o número de moles de íons de Fe⁺⁺ por litro de solução.

• D.

  Caso a barra de ferro fosse conectada eletricamente a um eletrodo Zn / Zn ⁺⁺ , o potencial do ferro tenderia a diminuir protegendo o ferro do processo de corrosão.

• E.

  O movimento de íons de ferro na direção do gradiente crescente do potencial do metal em contato com a solução é característico de um processo de oxidação.

A figura a seguir mostra uma viga biapoiada que está sujeita a um carregamento distribuído e um carregamento concentrado P. Conforme indicado, o carregamento distribuído varia linearmente de 0 a w no intervalo  e assume uma característica uniforme, com intensidade w, em . Nesse problema, considere que w = 2P/(3a). É também apresentado o diagrama de esforços cortantes V presentes na viga considerada, no qual R_A e R_B são os valores absolutos das reações no apoios A e B, respectivamente. O valor de x para o qua a força cortante V anula-se é igual a:

• A.

  65a/30

• B.

  23a/10

• C.

  67a/30

• D.

  7a/3

• E.

  5a/2

A tensão em um arame de um cabo de aço que passa em torno de uma polia pode ser avaliada em termos do diâmetro "d" da polia, do diâmetro  do arame e do módulo de elasticidade do cabo de aço.

Julgue as afirmativas abaixo, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) A tensão de flexão em um dos arames do cabo é diretamente proporcional ao módulo de elasticidade do cabo e a razão de aspecto d / .

( ) Um cabo de aço pode falhar quando a carga estática no mesmo excede a resistência à tração no cabo.

( ) Os cabos de aço com enrolamento diagonal ou cruzado são mais resistentes à falha por fadiga do que os cabos com enrolamento paralelo.

• A.

  V,V,V

• B.

  V,V,F

• C.

  V,F,V

• D.

  F,V,F

• E.

  F,F,F

Uma viga de material metálico de comprimento L, que será utilizada para suportar uma carga P em balanço, deve ser engastada em uma parede, como ilustrado na figura abaixo. Como a seção é retangular, existem duas possibilidades de montagem: a opção A e a opção B. O arquiteto responsável pela obra sugeriu, por motivos estéticos, a opção B, mas o engenheiro, após realizar os cálculos pertinentes, optou pela opção A, por julgar mais segura. Assuma que a tensão no material é dada por  onde M é o momento fletor na viga e J é o momento de inércia da seção transversal e que  é a tensão máxima suportada pelo material da viga. Indique, nas opções abaixo quantas vezes maior pode ser o valor da carga P se a opção A for utilizada.

• A.

  As cargas são idênticas em ambos os casos.

• B.

  Duas vezes maior.

• C.

  Quatro vezes maior.

• D.

  Seis vezes maior.

• E.

  Doze vezes maior.

A figura a seguir mostra uma barra de seção circular sujeita a uma torção T e aos carregamentos P e F, conforme indicado. A força P é paralela ao eixo z e a força F está ao longo do eixo x. Sabendo que o segundo momento de área da seção circular é  em que d é o diâmetro da seção, julgue os itens a seguir, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

(    )  O princípio da superposição de carregamentos empregado na análise do estado de tensões  de um dado ponto da barra está baseado na hipótese de que o material se comporta dentro da região linear elástica.
(  )  Considerando que L = 8d e F = 16P, a tensão normal no ponto A é trativa e possui valor absoluto igual  a 
 (    )  As tensões cisalhantes no ponto A são devidas aos esforços torsores induzidos por T e aos esforços cortantes induzidos pelo carregamento P.
(  )  Se a barra estivesse sujeita apenas ao carregamento F, os critérios da máxima tensão normal e da máxima tensão cisalhante forneceriam os mesmos fatores de segurança para falha estática.

• A.

  V,V,F,V

• B.

  V,V,V, F

• C.

  V,F,V,V

• D.

  F,V,F,F

• E.

  F,V,V,V

Durante o processo de montagem de uma viga metálica de seção transversal retangular, ocorreu um erro no alinhamento de suas extremidades. A configuração final da viga é ilustrada na figura abaixo. Na extremidade esquerda a viga é engastada e na extremidade direita a viga é rotulada.

Propriedades do material: O material tem Módulo de Young E e é linear, ou seja, a tensão varia linearmente como o deslocamento vertical  A constante de proporcionalidade k é dada por k = -M/J, em que M é o momento fletor na viga e  é o momento de inércia da seção transversal. A integração da linha elástica resulta em:

em que  é a reação no engaste e C₁ e C₂ são constantes de integração. O valor do momento no engaste em valor absoluto, resultante do referido erro de montagem é dada por:

• A.

  

• B.

  

• C.

  

• D.

  

• E.

  

A figura a seguir mostra um sistema de transmissão composto de motor, transmissões por correia e por engrenagens. As polias P1 e P2 possuem diâmetros de 70mm e 140mm, respectivamente. A engrenagem E1 possui 15 dentes e a engrenagem E2 possui 45 dentes. A engrenagem E4 possui um número de dentes igual ao dobro do número de dentes da engrenagem E3. As perdas na transmissão por correia, engrenagens e mancais conferem ao sistema um rendimento total de 80%. Sabendo que o motor que aciona a transmissão é de 1kW e gira a 1800 rpm, o torque no eixo de saída é:

• A.

  

• B.

  

• C.

  

• D.

  

• E.

  

Um gás perfeito é comprimido reversivelmente em um sistema cilindro pistão de 100 kPa para 200kPa. No estado inicial, o gás se encontra a uma temperatura de 600K. A compressão realiza-se segundo um processo politrópico com expoente n = 1/2. Considerando a constante de gás perfeito R = 2kJ/(kg K), o valor absoluto, por unidade de massa, do trabalho associado ao processo é igual a

• A.

  2400 kJ/kg.

• B.

  1800 kJ/kg.

• C.

  1200 kJ/kg.

• D.

  1000 kJ/kg.

• E.

  600 kJ/kg.