Questões de Engenharia Mecânica da Escola de Administração Fazendária (ESAF)

Suponha que o isolamento térmico de um tubo que transporta um fluido a temperaturas maiores do que a temperatura do meio ambiente deva ser escolhido. Para fundamentar sua escolha, o responsável pelo projeto modelou esse problema como sendo um problema de transferência de calor, em regime permanente, de um tubo cilíndrico de comprimento L , com raio interno r_i e raio externo r_e , no qual escoa um fluido à temperatura constante T_i . A temperatura do ambiente externo é T_e .  A parede do cilindro possui condutividade térmica k constante e não há, no sistema, nenhuma geração interna de calor. Dessa forma, a equação que descreve a distribuição de temperatura na parede do tubo reduz-se a

que após integração resulta em T(r) = C₁ln(r)+C ₂, em que as constantes C₁ e C₂ são determinadas com as condições de contorno adequadas ao problema. Com respeito à resistência térmica da parede do tubo, julgue os itens abaixo, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) Para tubos de mesmo material e raios, aumentando- se o comprimento do tudo em 4 vezes, a resistência condutiva do tubo é reduzida em 4 vezes.

( ) A resistência térmica do tubo é diretamente proporcional à razão de aspecto r_e /r_i.

( ) Sejam dois tubos cilíndricos de mesmo comprimento e feitos do mesmo material, com razões de aspecto r_e /r_i iguais a a e a² . Portanto, a resistência térmica de um dos tubos é duas vezes maior do que a do outro.

• A.

  V,F,V

• B.

  F,V,F

• C.

  V,F,F

• D.

  V,V,F

• E.

  F,V,V

A figura a seguir mostra a seção transversal de um duto longo revestido com material isolante de condutividade térmica constante k. A camada de isolamento possui espessura e = b - a. A superfície externa do duto está exposta ao ar ambiente que se encontra a uma temperatura  enquanto a superfície interna está exposta a um fluido frio a uma tempera- tura  O coeficiente de transferência de calor por convecção ao redor do tubo é h. A dependência das resistências térmicas (por unidade de comprimento do duto) à condução, R_cond, e à convecção, R_conv, com relação à espessura e da camada isolante é mostrada na figura.

Sob a hipótese de regime permanente e considerando que a transferência de calor ocorre apenas na direção radial, julgue os itens a seguir.

I. À variação da espessura do material isolante estão associados dois efeitos concorrentes: a redução da taxa de transferência de calor por condução com a adição de material isolante e o aumento da taxa de transferência de calor por convecção devido ao aumento da área superficial externa.

II. A partir do gráfico, pode-se concluir que existe uma espessura crítica que maximiza a resistência térmica total à transferência de calor.

III. Para o caso representado no gráfico existe uma espessura crítica tal que a taxa de transferência de calor é máxima.

IV. O comportamento das resistências térmicas do sistema ilustrado no gráfico sugere que existe uma pequena faixa de valores de "e" em que a taxa com que o calor é transmitido ao fluido frio é maior do que aquela observada quando o duto não possui qualquer isolamento.

V. O aumento do coeficiente h de troca de calor por convecção faz com que a intersecção das curvas de R_cond e R_conv ocorra para maiores

• A.

  I,II e IV

• B.

  II,IV e V

• C.

  I,III e V

• D.

  I,III e IV

• E.

  II,III e V

Sobre as técnicas de soldagem mais usuais, avalie os textos abaixo e marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) Na soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido, a queima do revestimento durante o processo de soldagem forma uma atmosfera local na região do arco inadequada à deposição do material de solda e, por isso, verifica-se a formação de escória.

( ) O processo TIG é caracterizado pela utilização de um eletrodo não-consumível de tungstênio e o processo de deposição do material é protegido da contaminação atmosférica por um fluxo de gás inerte.

( ) Na brasagem, a união de peças metálicas é feita com o uso de uma liga metálica como material de adição que tem ponto de fusão inferior ao do metal das peças.

• A.

  F,F,F

• B.

  V,F,V

• C.

  V,V,V

• D.

  F,V,V

• E.

  F,V,F

Assinale a opção incorreta.

• A.

  A soldagem TIG é usada com freqüência para a soldagem de chapas finas por induzir menores deformações durante o processo de soldagem.

• B.

  Em um processo de soldagem a arco voltaico, a penetração do cordão de solda aumenta com o aumento da intensidade da corrente elétrica.

• C.

  Quando o avanço ao longo da linha de soldagem é muito rápido, verifica-se a formação de mordeduras nas laterais do cordão de solda.

• D.

  A utilização de chama muito pobre em gás combustível em soldagens oxiacetileno causa a oxidação do metal fundido.

• E.

  A automação do processo de soldagem MIG-MAG é mais simples que a do processo TIG, devido ao mecanismo de alimentação automática do arame de material de adição encontrado no primeiro.

Na figura a seguir o coeficiente de atrito dinâmico entre o pino, de diâmetro d, e a polia, de diâmetro D, é µ. A tração T necessária para elevar uma carga que exerce uma força P é igual a

• A.

  T=P/2.

• B.

  T=(Pµd)/2D.

• C.

  T=(Pµd)/2D+ P/2.

• D.

  T=P/2 -(Pµd)/2D.

• E.

  T=P/2 +(Pµd)/2D.

Com relação aos ciclos de refrigeração por compressão a vapor, representados abaixo em diagramas pressão versus entalpia, julgue os itens a seguir e marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) O processo 4-1 da Figura (A) consiste da condensação do refrigerante, durante a qual calor é retirado do ambiente que se deseja resfriar.

( ) O processo 3-4 da Figura (A) representa a expansão do fluido de trabalho, a qual é considerada isoentálpica pelo fato desta ocorrer adiabaticamente.

( ) Em um ciclo real, as linhas que representam os processos de condensação e evaporação não são perfeitamente horizontais em virtude das perdas de carga no condensador e no evaporador.

( ) O processo " f " - "a" da Figura (B) consiste do superaquecimento do vapor anteriormente à aspiração, garantindo que líquido não entre no compressor.

• A.

  F,V,V,V

• B.

  V,F,V,V

• C.

  V,V,F,V

• D.

  F,F,V,F

• E.

  F,V,V,F

Um trocador de calor do tipo tubular é utilizado para aquecer 2,5 kg/s de água de 15 a 85 °C. O aquecimento deve ser feito pela passagem de um óleo aquecido a uma temperatura de 160 ºC, pelo lado do casco do trocador de calor. Considere que os calores específicos da água e do óleo são, respectivamente, 4200 J/kg.K e 2000 J/kg.K.

A vazão mássica do óleo em kg/s deixando o trocador a uma temperatura de 100 °C é

• A.

  

• B.

  

• C.

  

• D.

  

• E.

  

Com relação à carta psicrométrica usada em processos de condicionamento de ar, analise as sentenças com base na carta psicrométrica esquematizada abaixo, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) À direita da linha A, o vapor d'água encontra-se superaquecido e saturado. Ao longo da linha A, no entanto, encontram-se os pontos que caracterizam um estado de vapor saturado.

( ) As curvas isoentálpicas na carta psicrométrica podem ser obtidas a partir da definição da entalpia do ar úmido, h = C_pT+Wh_g, em que C_p é o calor específico a pressão constante, T é a temperatura da mistura, W é a umidade absoluta e h_g é a entalpia de va- por saturado à temperatura T.

( ) O processo representado pela linha 1-3-2 na carta psicrométrica representa a mistura do ar de retorno com o ar ambiente em sistemas de ar condicionado com recirculação. A mistura resultante tem umidade absoluta final igual à média, ponderada pela vazão, das umidades absolutas do ar de retorno e do ar am- biente, ou seja, 

( ) A linha 4-2 representa o processo de retirada de carga térmica do ambiente a ser condicionado, em que ocorre tanto a absorção de calor sensível como de calor latente. Por outro lado, na linha 3-4 ocorre o condicionamento do ar, com resfriamento e desumidificação do ar. Esse processo ocorre normalmente nas serpentinas, por meio da retirada de calor sensível do ar úmido.

• A.

  F,V,V,V

• B.

  V,F,V,F

• C.

  F,V,V,F

• D.

  V,F,F,V

• E.

  F,V,F,F

Com base em seus conhecimentos sobre compressores alternativos, julgue os itens a seguir.

I. O aumento da taxa de compressão em um compressor de um único estágio tem como um dos efeitos a redução da eficiência volumétrica.

II. Em um compressor multi-estágio é recomendável que as maiores taxas de compressão estejam associadas aos primeiros estágios de forma a minimizar a potência requerida para o acionamento do compressor.

III. Em um compressor de duplo estágio, o emprego de um trocador de calor para resfriar o gás durante a passagem de um estágio para outro implica a redução do trabalho total de compressão.

IV. Compressores alternativos apresentam a vantagem de fornecerem altas vazões mássicas de gás a pressões elevadas.

Estão corretos os itens

• A.

  I e II.

• B.

  II e IV.

• C.

  II e III.

• D.

  I e IV.

• E.

  I e III.

De acordo com o ciclo Rankine esquematizado abaixo, julgue os seguintes itens, marque com F a(s) afirmativa(s) falsa(s) e com V a(s) verdadeira(s) e assinale a opção correta.

( ) A compressão realizada pela bomba é adiabática e reversível, sendo o trabalho realizado pela bomba quantificado pela diferença de entalpia entre os pontos 4-3.

( ) O valor do consumo específico de vapor é um parâmetro de comparação entre o tamanho relativo de plantas de vapor em função de sua potência produzida.

( ) A eficiência térmica do ciclo Rankine esquematizado acima é dada pela razão do trabalho líquido pelo calor adicionado, ou seja:

• A.

  V,V,V

• B.

  V,V,F

• C.

  V,F,F

• D.

  F,V,V

• E.

  F,F,V