Questões de Engenharia Mecânica da Centro de Seleção e de Promoção de Eventos UnB (CESPE)

A cidade de Brasília, como outras cidades brasileiras, é caracterizada por períodos de clima quente e seco nos quais a umidade relativa do ar atinge valores muito reduzidos. No Distrito Federal (DF), a Lei n.º 492/1993, em seu art. 2.º, estabelece que: sempre que o índice diário mais baixo da umidade relativa do ar for igual ou inferior a 20%, o governo do DF divulgará, pelos meios de comunicação mais acessíveis, alertas sobre as medidas de saúde preventivas a serem adotadas. Considerando que, certo dia, em Brasília, as temperaturas de bulbo seco (T_BS) e de bulbo úmido (T_BU) registradas sejam, respectivamente, iguais a 30 ºC e 15 ºC, e com base na carta psicrométrica apresentada, assinale a opção correta.

• A.

  Nesse caso, não é necessário emitir nenhum alerta. Com os valores de T_BS e T_BU registrados, verifica-se que a umidade relativa será superior ao valor limite estabelecido na lei supracitada.

• B.

  A carta psicrométrica em tela é suficiente para determinar a umidade relativa do ar em Brasília, já que foram fornecidos os valores de T_BS e T_BU.

• C.

  Nessa situação, mesmo que se forneça a pressão local, não se pode determinar a umidade relativa do ar em Brasília.

• D.

  É impossível determinar a umidade relativa desejada com a carta psicrométrica apresentada na figura.

• E.

  Devido às grandes oscilações na medida da temperatura em Brasília, é preferível que as medidas da umidade relativa do ar nessa cidade sejam realizadas de forma direta, ou seja, com um termo-higrômetro.

A lei de Dalton é de grande importância em processos físicos envolvendo misturas gasosas, em particular no que se refere ao ar úmido. A respeito dessa lei, assinale a opção correta.

• A.

  A pressão total P de uma mistura gasosa de volume total V, composta de ar seco e vapor de água, é igual à soma das pressões parciais de cada gás constituinte da mistura, ocupando cada gás, à mesma temperatura T da mistura, um volume v/2 .

• B.

  A pressão total P de uma mistura de volume V, composta de ar seco e vapor de água, é igual à soma das pressões que cada gás exerceria se ocupasse isoladamente o mesmo volume V à temperatura T da mistura.

• C.

  A pressão total P de uma mistura de volume V, composta de ar seco e vapor de água, é igual à diferença das pressões parciais absolutas de cada gás adicionadas à pressão atmosférica local à mesma temperatura T da mistura.

• D.

  A lei de Dalton estabelece que a transferência de massa entre uma superfície úmida e o ar depende da pressão parcial do vapor de água presente no ar atmosférico.

• E.

  A lei de Dalton estabelece que a pressão da mistura ar seco e vapor de água é igual a duas vezes a soma das pressões parciais que cada gás possuiria se ocupasse separadamente o mesmo volume V a uma mesma temperatura.

De acordo com estudos psicrométricos, é importante o fato de a relação de Lewis assumir determinados valores aproximadamente unitários nas condições de aplicação comuns em sistemas de ar-condicionado. Acerca da relação de Lewis e sua aplicação em sistemas de ar-condicionado, assinale a opção correta.

• A.

  O fato de a relação de Lewis ser aproximadamente igual a um para o ar úmido permite assumir, para efeito de cálculo, que o coeficiente de transferência de massa seja igual ao coeficiente de transferência de calor, facilitando assim a determinação do primeiro.

• B.

  O valor do número de Lewis, para o ar úmido, em condições normais típicas, é igual a 1, enquanto a relação de Lewis (razão entre os números de Schimdt e Prandtl) assume valor aproximadamente igual a 0,8.

• C.

  Um valor unitário para a relação de Lewis permite desprezar o efeito da radiação térmica quando se computa a troca de calor entre uma superfície úmida e o ar seco, facilitando os cálculos e o projeto de equipamentos como condensadores evaporativos.

• D.

  Graças à simplificação advinda de um valor unitário para a relação de Lewis, é possível tratar o ar atmosférico como sendo uma mistura de dois gases perfeitos: o vapor de água e o ar seco.

• E.

  O valor unitário assumido para a relação de Lewis implica, entre outras coisas, que o coeficiente de transferência de massa pode ser diretamente determinado a partir do conhecimento do coeficiente de transferência de calor.

Considerando a comparação entre sistemas com condensação a água e sistemas com condensação a ar nas mesmas condições de operação, assinale a opção correta.

• A.

  Sistemas de condensação a água com torres de resfriamento foram muito utilizados no passado; entretanto, o alto custo decorrente do consumo elevado de água tornou esses sistemas, em quaisquer condições, economicamente inviáveis.

• B.

  Em regiões de baixa umidade relativa, os sistemas de condensação a água com torres de resfriamento permitem manter menores temperaturas de condensação que um sistema com condensação a ar. Consequentemente, maiores COPs são obtidos, reduzindo o consumo de energia por TR.

• C.

  Em regiões de baixa umidade relativa, os sistemas de condensação a água com torres de resfriamento mantêm as temperaturas de condensação mais elevadas que sistemas com condensação a ar. Consequentemente, menores COPs são obtidos, reduzindo-se o consumo de energia por TR.

• D.

  Em regiões de alta umidade relativa, os sistemas de condensação a água com torres de resfriamento apresentam os melhores resultados de desempenho, pois, nessas condições, tanto a perda de água por evaporação quanto a temperatura da água de condensação, que retorna ao condensador, são bem menores que em clima seco.

• E.

  Em um chiller com condensação a ar, a temperatura de condensação será limitada pela temperatura de bulbo úmido do ar ambiente, enquanto em um chiller com condensação a água, a menor temperatura teoricamente atingível para a água de condensação corresponde à temperatura de ponto de orvalho do ar.

Com referência à figura acima, que ilustra um compressor de uso comum em chillers de centrais de água gelada que mantêm sistemas de ar-condicionado em edifícios, assinale a opção correta.

• A.

  Trata-se de um compressor de parafuso com construção hermética.

• B.

  Trata-se de um compressor de parafuso com construção do tipo aberto.

• C.

  Na figura, o número 9 identifica uma válvula corrediça (slide valve), cuja função é controlar a capacidade do compressor pela modificação da vazão de refrigerante que é disponibilizada ao sistema.

• D.

  A válvula de capacidade por velocidade (speed capacity valve), identificada na figura pelo número 9, comumente denominada speed, tem como função o controle da capacidade do compressor pelo ajuste da frequência de rotação dos parafusos, o que altera a vazão de refrigerante para o sistema.

• E.

  Trata-se de um compressor de lóbulos com construção do tipo semi-hermética.

A figura acima ilustra, de forma esquemática, um sistema de controle de volume de ar variável (VAV). Com referência a essa figura e a esse sistema, assinale a opção correta.

• A.

  O número 4, na figura, corresponde ao sinal proveniente do termostato que se encontra no local climatizado, tipicamente um sinal analógico de 0 a 10 V proporcional à diferença entre o set-point e a temperatura do local.

• B.

  Identifica-se na figura, pelo número 1, uma borboleta primária de controle de vazão que é acionada pelo atuador mostrado na figura pelo número 2, de acordo com o sinal analógico associado à umidade relativa no local climatizado que alimenta o dispositivo mostrado no ponto 4.

• C.

  A borboleta secundária de controle da vazão, localizada na posição indicada pelo número 6, é acionada pelo atuador indicado pelo número 5 em função das posições da borboleta primária identificadas na figura pelos números 1 e 2.

• D.

  O sinal de saída indicado na figura pelo número 3 é de natureza pneumática e propicia pressão modulante para o acionamento do atuador indicado na figura pelo número 5.

• E.

  O atuador, identificado na figura pelo número 5, aciona a borboleta indicada na figura pelo número 6 de maneira inversamente proporcional à carga térmica no ambiente atendido, isto é, quanto menor a carga térmica mais aberta é posicionada a borboleta para garantir uma maior vazão (e vice-versa).

O conforto térmico mantido em um ambiente é comumente caracterizado com o auxílio dos índices PMV e PPD (o gráfico acima mostra a relação entre esses índices). Com relação a esse assunto e tendo como referência o gráfico apresentado, assinale a opção correta.

• A.

  Os limites apresentados na abscissa que representa o PMV estão errados. O PMV varia entre os limites !3 e +3.

• B.

  O gráfico mostrado na figura está incorreto, pois, para PMV = 0, tem-se que PPD = 5%.

• C.

  O gráfico mostrado na figura está incorreto, pois, para PMV = 0, tem-se que PPD = 10%.

• D.

  O valor de PMV independe da atividade exercida pelos ocupantes do ambiente climatizado, dependendo, apenas, das condições ambientes mantidas, como a temperatura e a umidade.

• E.

  Em uma situação ideal de conforto térmico, que corresponde a uma sensação neutra (nem frio, nem calor), o PMV é igual a zero. Nesse caso, 100% dos ocupantes se sentirão termicamente confortáveis, ou seja, o percentual de insatisfeitos será nulo (PPD = 0).

Em relação aos sistemas de termoacumulação, assinale a opção correta.

• A.

  Para uma mesma capacidade de energia armazenada, a instalação de um sistema de termoacumulação a água gelada requer menor espaço de instalação que um sistema de termoacumulação em que se use gelo.

• B.

  A utilização de sistemas de termoacumulação proporciona, como vantagem principal, a redução do consumo de energia do sistema de ar-condicionado.

• C.

  Uma vantagem do sistema de termoacumulação latente é que maiores COPs são possíveis, graças às menores temperaturas de evaporação mantidas durante a produção de gelo.

• D.

  A concentração de anticongelante (glicol) na solução com a água, além de baixar a temperatura de solidificação, permite atingir uma viscosidade menor que a da água pura, favorecendo a redução da perda de carga e, consequentemente, da energia gasta no bombeamento.

• E.

  concentração de anticongelante (glicol) utilizada em um sistema de termoacumulação deve ser a menor possível, pois sua adição acarreta maiores perdas de carga e menor transferência de calor.

Acerca dos métodos de dimensionamento de dutos, assinale a opção correta.

• A.

  O dimensionamento de dutos pelo método das velocidades baseia-se na adoção de uma velocidade constante recomendada pela prática, a qual é imposta por todo o sistema de distribuição de ar.

• B.

  Pela facilidade de aplicação e por conduzir a dutos mais econômicos, o método das velocidades é o mais adequado para o dimensionamento de sistemas de dutos complexos de grande porte de baixa velocidade.

• C.

  No método da igual perda de carga, os dutos são dimensionados para uma igual perda de pressão por unidade de comprimento que é aplicada para os outros trechos dos dutos, obtendo-se assim a velocidade e o diâmetro para um duto circular equivalente. A partir desse diâmetro, são obtidas as dimensões correspondentes para dutos retangulares ou ovais.

• D.

  O objetivo do método da recuperação estática é fazer que a diminuição de pressão estática causada pela redução de velocidade seja inferior às perdas por atrito causadas ao longo dos diversos trechos dos dutos bem como em curvas, difusores e derivações.

• E.

  No método de otimização dos tês (ou método T), o sistema como um todo é dimensionado como resultado da otimização de ramificações de extração ou admissão (Ts), que são pontos críticos para a perda de carga. Esse método dispensa as iterações nos cálculos.

Um novo sistema de ventilação deve ser instalado, para atender satisfatoriamente um edifício sujeito a uma reforma de ampliação. Para a situação existente (antes da ampliação), um ventilador do fan-coil, acionado por um motor elétrico capaz de fornecer uma potência máxima de 5 kW, funcionava em 1.230 rpm e consumia 3,375 kW. Em uma primeira análise, verificou-se que o fan-coil existente possuía capacidade suficiente para atender a carga térmica adicional gerada pela expansão, sendo necessário apenas ajustar a vazão de ar de 700 m3.h^-1 para 850 m3.h^-1. O engenheiro mecânico responsável pela obra foi questionado a respeito da possibilidade de ajustar a vazão desse ventilador por meio da modificação da relação de transmissão entre o motor e o ventilador. Para atender ao novo sistema de ventilação, será necessário

• A.

  ajustar a relação de transmissão, de forma a elevar a rotação do ventilador para aproximadamente 1.500 rpm.

• B.

  ajustar a relação de transmissão, de forma a elevar a rotação do ventilador para aproximadamente 1.250 rpm.

• C.

  ajustar a relação de transmissão, de forma a reduzir a rotação do ventilador para aproximadamente 1.000 rpm.

• D.

  substituir o motor do ventilador.

• E.

  substituir o fan-coil como um todo, uma vez que o sistema com as características acima é inviável.