eng eq jr mecanica

UnB / CESPE PETROBRAS CONHECIMENTOS ESPECFICOS / NVEL SUPERIOR PSP-RH-1/2004 Aplicao: 28/3/2004

Cargo 17: Engenheiro(a) de Equipamentos Jnior Mecnica 1 permitida a reproduo apenas para fins didticos, desde que citada a fonte.

Q

P

RA

plataforma

refinaria

6 km

18 km

CONHECIMENTOS ESPECFICOS

Na figura acima, o ponto P representa uma plataforma de petrleo em alto-mar, situada a 6 km do ponto Q, na costa. Deseja-se instalar um oleodutoligando a plataforma a uma refinaria, representada pelo ponto R, tambmna costa, situado a 18 km do ponto Q. O trecho de P a Q est todo no mare o de Q a R, em terra. Os segmentos PQ e QR so perpendiculares. Ocusto para instalao de dutos subaquticos igual a R$ 150.000,00 por kme para os dutos terrestres, R$ 120.000,00 por km. Construir o oleodutoligando P a R diretamente, todo subaqutico, muito dispendioso, o mesmoocorrendo com a construo seguindo os trechos PQ e QR. Dessa forma,busca-se uma soluo alternativa, que uma composio de um trechosubaqutico e de um trecho terrestre. Considerando essas informaes eque A seja um ponto de encontro dos dutos subaqutico e terrestre, sobreo segmento QR, julgue os itens que se seguem.

O custo mximo para a instalao de um oleoduto ligando aplataforma refinaria 15% maior que o custo mnimo para a mesmainstalao.

O comprimento do duto subaqutico que minimiza os custos dainstalao do oleoduto superior a 9 km.

Para a fabricao do componente x, uma empresa desenvolveu osprocessos de produo I e II. A tabela abaixo apresenta a distribuio deprobabilidade do tempo necessrio para se produzir esse componente, deacordo com o processo utilizado.

tempo gasto (T) para produzir

o componente x (em minutos)

processos

I II

0 < T # 20 0,3 0,6

20 < T # 40 0,5 0,3

40 < T # 60 0,2 0,1

total 1 1

O custo de produo pelo processo I igual aR$ 120,00/componente, se T # 24. Caso contrrio, o custo aumenta em areais/componente. J o custo de produo pelo processo II igual a R$200,00/componente, se T # 20. Caso contrrio, o custo aumenta para R$250,00/componente. Em cada intervalo de tempo apresentado na tabelaacima, a distribuio uniforme. A escolha do processo depender docusto/componente, do tempo mdio gasto para produzir o componente e docoeficiente de variao do tempo gasto.

Com base nessa situao hipottica, julgue os itens a seguir.

A produo pelo processo I gasta, em mdia, 40 minutos/componente.

O custo esperado de produo do componente x pelo processo II sersuperior a R$ 230,00.

RASCUNHO

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Em cada um dos itens que se seguem, feita uma considerao a

respeito da estrutura dos materiais, seguida de uma assertiva a ser

julgada.

Os cristais de ferro gama (Fe() so do tipo CFC

e apresentam fator de empacotamento atmico (FEA = 0,74)

superior em relao aos de ferro alfa (Fe"), que so cbicos

de corpo centrado (CCC, FEA = 0,68). Nesse caso, correto

afirmar que no diagrama de fases ferro-carbono (Fe-C) a

solubilidade do carbono na ferrita (Fe (+ C) bem maior

que na austenita (Fe( + C), j que na soluo slida

intersticial ferrita h mais espaos vazios para alojar os

tomos de carbono.

O cobre, o ouro e a prata destacam-se por apresentarem

elevadas condutividades eltrica e trmica. Ento, correto

o raciocnio de que tal fato ocorre em virtude do nmero dos

eltrons de valncia desses metais ser relativamente mais

baixo, e, como conseqncia, maior a predominncia da

ligao metlica nesses casos.

No diagrama de fases do sistema binrio chumbo-estanho

(Pb-Sn), a liga que possui cerca de 62% de Sn (~ 38% de

Pb), em peso, denominada liga euttica e se funde a

aproximadamente 183 oC, e a liga de solda designada

estanho 60-40 (60% Sn 40% Pb), bem prxima

composio euttica, tem largo uso, por exemplo, na

montagem de circuitos eltricos. Ento, uma caracterstica

importante da liga estanho 60-40 que a sua temperatura de

fuso prxima mxima temperatura de fuso que as

diferentes composies desse sistema apresentam.

Acerca de metalurgia fsica, julgue os itens a seguir.

No diagrama ferro-carbono (Fe-C) h vrios pontos

importantes, um deles corresponde microestrutura

conhecida como perlita, a qual possui em sua composio

cerca de 0,8% de C, em peso. Adicionalmente, o ponto

associado perlita tambm coincide com o ponto euttico do

diagrama Fe-C.

Tanto os aos quanto os ferros fundidos so ligas que

consistem em uma soluo slida substitucional de carbono

no ferro e um dos detalhes que distinguem essas duas ligas

entre si a porcentagem de C em cada uma delas. Nesse

caso especfico, os ferros fundidos tipicamente possuem

menos de 1,9% de C, em peso, ao passo que os aos ao

carbono comerciais, em geral, apresentam um teor de

carbono bastante superior.

No chamado trabalho a frio dos aos, ocorre o encruamento

da liga. Nesse caso, o trabalho a frio, por um lado, aumenta

a tenso de escoamento e a resistncia mecnica da liga,

mas, em contrapartida, torna a liga mais frgil.

Revenido ou revenimento um tratamento trmico

complementar que se segue tmpera, ou martmpera, com

a finalidade de diminuir a excessiva dureza e as tenses

termomecnicas residuais associadas aos tratamentos

anteriores feito a temperaturas inferiores da zona

crtica. Assim, durante o revenimento de um ao, se ele

permanecer por algum tempo em certas faixas de

temperatura proibidas, pode ocorrer uma reduo na

resistncia ao impacto, a qual passvel de se verificar por

meio de um ensaio Charpy.

No diagrama ferro-carbono (Fe-C), h uma regio

correspondente soluo slida intersticial de C no ferro

delta (Fe*). Com relao a essa regio, a fase constituda por

Fe* e C tem relevncia tecnolgica por ser de importncia

prtica na caracterizao microestrutural dos aos ao

carbono.

Na situao em que um parafuso longo empregado para prender

uma tampa de vaso de presso e considerando que esse parafuso

seja solicitado essencialmente a trao, julgue o item seguinte.

Para efeito de clculo do dimensionamento a trao do

parafuso, correto admitir que as tenses normais se

distribuam uniformemente sobre a seo transversal do

mesmo, em regies suficientemente distantes da cabea ou

da porca.

Com relao seo transversal de uma viga de ao com seo

transversal em perfil I apoiada em suas extremidades e submetida

ao seu prprio peso, correto afirmar que

as contribuies das mesas da viga ao momento de inrcia de

rea devem-se principalmente s distncias entre os centros

geomtricos das mesas e o centro geomtrico da seo I.

Supondo que um ponto material est submetido a um

determinado estado de tenso, julgue os itens a seguir.

A maior tenso cisalhante observada no ponto material

sempre igual mdia aritmtica das tenses principais

mxima e mnima no ponto.

Se as trs tenses principais so iguais entre si, ento todo

plano passando pelo ponto material plano principal.




Um reservatrio de forma esfrica e parede com espessura t

muito menor que seu raio r foi preenchido com gs at que o

reservatrio atingisse uma presso p. Em relao a esse

reservatrio, julgue os itens a seguir.

A resistncia do reservatrio presso interna menor que

aquela em um reservatrio cilndrico com mesmo raio r em

seu trecho cilndrico, parede com mesma espessura t e

construdo com o mesmo material.

Como o vaso de presso tem parede com espessura t muito

menor que seu raio r, correto admitir que a tenso de

membrana varie linearmente ao longo da espessura.

Como a tenso de membrana em um ponto do vaso de

presso independe do plano considerado, desde que o

mesmo passe pelo centro da esfera, correto concluir que

no se observam tenses cisalhantes nas paredes do

reservatrio.

A tenso de membrana F observada na parede do

reservatrio pode ser corretamente calculada por meio da

frmula .

Um tubo de ao com dimetro D, parede com espessura t,

comprimento L e submetido ao peso prprio com resultante P

est apoiado sobre dois calos, o primeiro em uma de suas

extremidades e o segundo, a uma distncia da outra

extremidade. Nessas condies, julgue os itens a seguir.

Uma vez que a deflexo da extremidade no apoiada do tubo

no-nula, o momento fletor correspondente tambm no-

nulo.

O maior momento fletor observado no tubo, em valor

absoluto, igual a e ocorre na seo transversal apoiada

distncia de uma das extremidades.

A maior fora cortante observada no tubo, em valor

absoluto, igual a .

A distribuio de momentos fletores pode ser calculada

derivando-se a funo que descreve a distribuio dos

esforos cortantes em relao coordenada longitudinal do

tubo.

Uma viga com comprimento L, seo transversal retangular comaltura h e largura b est submetida a seu peso prprio e estengastada em ambas as extremidades. Nessas condies, julgueos itens que se seguem.

A mesma viga, simplesmente apoiada em suas extremidadese submetida ao mesmo carregamento por peso prprio,estaria submetida a tenses normais 50% maiores que nasituao presente, biengastada.

As equaes de equilbrio so suficientes para determinar osesforos reativos nos engastamentos.

A deflexo mxima da viga ocorre em seu centro e pode ser

calculada pela frmula , em que E representa o

mdulo de elasticidade do material, representa o

momento de inrcia de rea da seo transversal e qrepresenta o peso prprio por unidade de comprimentoda viga.

As sees transversais onde a curvatura da viga deformada mxima esto associadas s sees onde os maioresmomentos fletores, em valor absoluto, so observados.

RASCUNHO




Um eixo de ao de seo circular vasada, com comprimento L,dimetro externo D

e e dimetro interno D

i, aciona uma broca de

perfurao. Durante a operao, o torque resistente sobre a brocatem valor M, enquanto o torque resistente por unidade decomprimento atuante pelo solo sobre o eixo tem valor m. Emrelao essa situao, julgue os itens subseqentes.

As sees transversais mais solicitadas do eixo so aquelasprximas da broca.

Se o dimetro interno Di do eixo igual metade do

dimetro De, ento, adotando-se como critrio o valor

absoluto da tenso cisalhante mxima, a resistncia do eixo igual metade daquela associada a um eixo de seocircular cheia construdo com o mesmo material e o mesmodimetro externo D

e.

O maior valor da tenso cisalhante observado no eixo igual

a .

De acordo com a teoria de Bernoulli, a distribuio da tensocisalhante nas sees transversais do eixo diretamenteproporcional ao raio em cada ponto material considerado.

A palavra corroso denota destruio de metal por ao qumicaou eletroqumica. Os mecanismos de corroso so, em suamaioria, eletroqumicos. Quanto a esse assunto, julgue os itens aseguir.

Anodo o eletrodo de uma clula eletroltica em que ocorreoxidao.

Equivalente eletroqumico o peso de um elemento ougrupos de elementos oxidados ou reduzidos em um eletrodode uma clula eletroltica pela passagem de uma quantidadeunitria de eletricidade.

Eletrlito uma substncia ou mistura, usualmente lquida,que contm ons que migram em um campo eltrico.

O pH uma medida da atividade inica dohidrognio definida pela equao pH = log

10 a

H+, em que

aH+

a concentrao molar de ons de hidrogniomultiplicada pelo coeficiente de atividade inica do meio.

Denomina-se fragilizao pelo hidrognio o fenmeno deperda de ductilidade de um metal causada pela entrada detomos de hidrognio na estrutura cristalina desse metal.

A srie eletroqumica uma lista de elementos qumicosarranjados de acordo com seus potenciais de eletrodo,tomando como padro o eletrodo de hidrognio, arbitradocomo sendo igual a zero. O sinal negativo para oselementos cujos potenciais so catdicos e positivo paraaqueles andicos em relao ao hidrognio.

Quanto aos tipos de danos por corroso, julgue os itenssubseqentes.

Cavitao ou corroso alveolar o dano causado por umataque qumico localizado e acelerado, provocando aformao de cavidades penetrantes em torno das quais ometal permanece relativamente inatacado.

Corroso sob tenso a ao de corroso na interface deduas superfcies em contato pela ao combinada de umprocesso de corroso e tenses de contato, associadas avibraes que produzem pequenos deslocamentos relativosentre as superfcies.

Metais, polmeros e cermicas compem as trs grandes classesde materiais disponveis para aplicaes de engenharia. So ascaractersticas especficas de cada material que iro determinar aescolha correta para a aplicao em produtos industriais,componentes de mquinas e estruturas. No que se refere a esseassunto, julgue os itens a seguir.

O alto teor de cementita faz do ferro fundido branco ummaterial no-dctil, muito frgil, com uma superfcie muitodura, o que o torna prprio para aplicaes que requeremalta resistncia abraso.

As ligas de titnio no so magnticas, apresentam uma boarelao resistncia/peso e tambm boa resistncia corroso.Elas so recomendadas para aplicaes em que se requerassociao de resistncia mecnica, resistncia corroso epeso reduzido. Entretanto, so difceis de serem usinadas ouconformadas, o que as torna muito caras para a fabricao depeas e limita consideravelmente a sua utilizao paraaplicaes usuais.

A grande vantagem e o apelo utilizao dos compsitospolimricos reforados por fibras contnuas de carbono,vidro ou aramidas (kevlar) em aplicaes estruturais abaixa rigidez especfica desses materiais, que torna asestruturas muito leves.

Os aos inoxidveis martensticos so essencialmente ligasFe-C-Cr com, eventualmente, pequenas quantidades denquel e possuem alta temperabilidade, a qual lhesproporciona propriedades mecnicas desejadas. Sochamados de aos-turbina por serem freqentementeempregados em ps de turbinas e compressores, molas,eixos, hlices de bombas, hastes de vlvulas, entre outros.

ALCLAD a designao dada a chapas ou tubos dealumnio recobertos com uma pelcula de Zn

2O

3 altamente

aderente, contnua e uniforme, aplicada em ambas as faces.

RASCUNHO




Considere que a barra mostrada na figura acima seja parte de um

mecanismo articulado de um sistema robtico e tenha como

funo a transmisso de movimento linear e foras por meio de

pinos transversais montados nos olhais. Com relao aos critrios

de seleo do material para essa aplicao, julgue os itens

subseqentes.

Para que a barra possa ser submetida a choques eventuais, o

material dever ter elevada tenacidade fratura para reduzir

a fragilidade do componente.

Para evitar alterao nas dimenses da barra em funo de

variaes na temperatura, o material dever ser de baixa

condutibilidade trmica.

A preciso de posicionamento um fator fundamental,

portanto, a escolha do material dever ser feita em funo da

rigidez.

Acerca dos processos de soldagem, julgue os seguintes itens.

No processo de soldagem MAG, ao se utilizar CO2 como gs

de proteo, o modo de transferncia de metal dominante

o gotejamento (spray).

O processo de soldagem a arco submerso principalmente

aplicado na soldagem de cordes longos em peas espessas

(acima de 6 mm) de ao-carbono e aos baixa liga, em

estruturas de mdio e grande porte, na indstria naval.

O processo MIG/MAG, tambm conhecido como GMAW

(gas metal arc welding) caracteriza-se pela utilizao de um

arco eltrico como fonte de calor, aberto entre a ponta de um

eletrodo consumvel, continuamente alimentado, e o metal de

base. O arco e a regio da solda so protegidos por um gs

inerte, como o argnio ou o hlio, ou ativo, como o CO2 e o

O2, ou por uma mistura desses.

Com relao aos processos de usinagem, julgue o item

subseqente.

Ferramentas de ao rpido so indicadas para usinagem em

mquinas de alta rigidez e alta produtividade, como os

centros de torneamento controlados por computador (CNC).

Acerca da termodinmica, julgue os itens que se seguem.

Em um sistema termodinmico, de substncia pura, duas

propriedades quaisquer sempre definem o estado

termodinmico.

A funo de Gibbs constante em um processo reversvel,

isotrmico e isobrico, logo, pode ser de extrema

importncia em sistemas reagentes que ocorrem nas referidas

condies.

Em sistemas termodinmicos fechados, com paredes

adiabticas, impermeveis e totalmente rgidas, pode-se

alterar o estado termodinmico com expanso sbita, porm

tal processo considerado irreversvel.

Em um sistema termodinmico, composto, por exemplo, por

CO, O2 e CO

2, o equilbrio qumico pode ser aplicado tanto

pela primeira lei da termodinmica quanto pela segunda.

Em uma compresso real entre as presses P1 e P

2, gs

perfeito, a temperatura final sempre maior que a ideal

(isentrpica).

Alteraes na funo de Helmotz em um processo reversvel

isotrmico equivalem ao trabalho realizado sobre o sistema.

Trocas de calor so mais eficientes quando simplesmente se

misturam os fluxos com diferentes estados termodinmicos, em

processos adiabticos. Sabe-se, contudo, que processos de

mistura so grandes causadores de irreversibilidade.

Considerando essas informaes, julgue o seguinte item.

Em um processo adiabtico de mistura de dois fluxos de

gua, um no estado superaquecido e o outro no estado

lquido, so necessrias a primeira e a segunda leis da

termodinmica para a determinao do estado final da

mistura.

Considerando-se que P, T e V correspondam, respectivamente, a

presso, a temperatura e o volume de um sistema termodinmico,

sem restries de fronteira, constitudo de gs perfeito, julgue os

itens seguintes.

Iniciando-se a P1, T

1, V

1, pode-se conduzir o sistema

termodinmico a um estado P2, T

2, V

2, em que as

propriedades do estado final so independentes.

Em uma expanso adiabtica real entre as presses P1 e P

2,

a temperatura final sempre superior correspondente

isentrpica.




Considerando o ar como fluido de trabalho (gs perfeito)inicialmente a P

1, T

1 e V

1, em que ocorrem diversos processos

termodinmicos, todos reversveis, em sistema fechado, julgue ositens a seguir, considerando, ainda, que P, T e V representam,respectivamente, presso, temperatura e volume.

T2 ser igual a T

1 se a taxa em que trabalho adicionado ao

sistema for numericamente igual taxa em que o calor retirado.

Se a razo entre a taxa de trabalho adicionado for bemsuperior taxa em que o calor retirado, o coeficientepolitrpico estar entre 1,0 e 1,4, porm numericamente maisprximo de 1,4 que de 1,0.

Compressores devem possuir tratamento nas paredes paraque o processo ocorra com mnimo de trabalho, que obtidoquando o coeficiente politrpico se aproxima de 1,4.

Um processo de compresso se realiza com menor trabalhose as fronteiras do sistema termodinmico forem tais quenenhuma outra interao ocorra com a vizinhana.

Em processos politrpicos, PVn = constante, corretoafirmar que, se 0,0 < n < 1,0, o processo de compressocom resfriamento.

Partindo-se de P1, T

1 e V

1, possvel realizar um

experimento em processos combinados a volume (cV) e a

presso (cP) constantes no qual o ar, sob certas condies,

poder apresentar razo entre os calores especficos (cP/c

V)

igual a 0,95.

Considere que, em um processo com energia internaconstante, as condies iniciais para um sistema, gs

perfeito, sejam P1 = 50 MPa e T

1 = 200 C. Nesse caso, se a

presso final P2 for igual a 100 MPa, a temperatura final ser

igual a 100 C.

A respeito dos ciclos das mquinas trmicas, julgue os itens aseguir.

A eficincia trmica de um ciclo reversvel composto porduas isotrmicas a 300 C e 900 C, respectivamente, ligadaspor uma compresso e outra expanso adiabticas temeficincia trmica de 70%.

Em geral, os processos de compresso e expanso de ciclostrmicos so considerados teoricamente isentrpicos porquefacilitam sobremaneira os clculos e servem para compararo ciclo em questo com o ciclo de Carnot.

possvel se idealizar um ciclo termodinmico operandoentre limites de temperatura, contendo duas isotrmicasunidas por duas isocricas, com a mesma eficincia deCarnot, operando nos mesmos limites de temperatura.

possvel se idealizar um ciclo termodinmico operandoentre limites de temperatura, contendo duas isotrmicasunidas por duas isobricas, com a mesma eficincia do ciclode Carnot, operando nos mesmos limites de temperatura.

Acerca de instalaes de bombeamento, julgue os itens que se

seguem.

As bombas rotativas so aquelas que possuem vazo

constante independentemente da contrapresso, desde que o

motor tenha potncia suficiente, no impem velocidade ao

fluido bombeado, o peso especfico do lquido no influencia

a presso de sada e apresentam um ponto timo de operao

para uma dada vazo/presso requerida.

Dobrando-se a velocidade de uma bomba, a potncia dobrar

se ela for rotativa e ser oito vezes maior se a bomba for

centrfuga.

Cavitao ocorre quando o fluido expande subitamente nas

paredes do rotor causando danos na superfcie do mesmo.

A figura acima apresenta um desenho esquemtico de instalao

de bombeamento. As condies de operao sugeridas no

esquema foram idealizadas em funo unicamente das

necessidades do solicitante e enviadas a um fabricante. Nessas

condies, julgue o item seguinte.

Bombas centrfugas no podem ser empregadas nesse tipo de

aplicao.




Uma caldeira que opera a 5 bar necessita de 30 m3/h degua e est situada a 20 m acima do reservatrio de gua. Asperdas de carga so equivalentes altura manomtrica devido diferena de cota. A bomba original sofreu danos irreversveis. Osetor de manuteno descobriu no estoque trs bombas 1MC,uma bomba 2MC e duas bombas 3MC, conforme a figura aseguir.

Com base nas informaes acima, julgue o item subseqente.

Com as bombas disponveis possvel resolver o problema.

A respeito de turbinas, julgue os itens a seguir.

Em um ciclo Rankine, com turbina de impulso esuperaquecimento, operando entre 70 bar e 0,5 bar, podemser gerados 52 MW de potncia til, a plena carga.Aumentando-se a presso de 70 bar para 90 bar, pode-segerar at 15% a mais de potncia com a mesma turbina.

A acelerao do gs em bocais de expanso ocorre em umaparte convergente e, em seguida, divergente porque oprocesso real no totalmente isentrpico, de forma que ocalor gerado pelo atrito nas altas velocidades provocaaumento do volume especfico do gs exigindo maiores reasde escoamento.

Em um processo de compresso de um gs (perfeito) hipottico,a eficincia isentrpica do compressor de 90% e a temperaturade entrada no compressor de 50 C. Considerando que a razode presso igual a 9 e o gs (hipottico) possui razo entre oscalores especficos prximo de 2 e que em um processoisentrpico, a relao T2 = T1(rp)

((!1)/( vlida. A partir dessasinformaes, julgue os seguintes itens.

A temperatura real de descarga se encontra entre720 C e 810 C.

Os dados fornecidos somente se aplicam a compressoresalternativos, que pressupem sistema termodinmicofechado. Para compressores centrfugos, por exemplo, adiferena de entalpia entre a entrada e a sada deveria serempregada na determinao da temperatura de sada.

Se o processo for realizado em um equipamentotipo turbocompressor, a potncia de compresso, fornecidapela turbina, menor quanto mais prximo for T2, real de T2.

Em turbo compressores, o processo de compresso,desprezando-se todas as perdas, , em geral, consideradoadiabtico, portanto, a eficincia isentrpica quasemxima.

Acerca de compressores, julgue os itens que se seguem.

Em um sistema de compresso (gs perfeito), com mquinaalternativa, a compresso em mltiplos estgios tem comoobjetivo minimizar o trabalho requerido sem resfriamentointermedirio.

Em um processo de compresso (gs perfeito) qualquer, oresfriamento intermedirio tem por objetivo maximizar amassa admitida.

Compressores axiais so mais indicados em aplicaes queexigem vazes da ordem 800 kg/s, com diferenciais depresso superiores a 35 bar.

Com relao a turbinas a gs, julgue os itens seguintes.

Considerando o calor especfico do ar da ordem de1,0 kJ (kg K), as temperaturas de entrada e sada daturbina (100% eficincia isentrpica) de 1.200 C e 600 C,respectivamente, correto afirmar que o trabalho lquido deuma planta de turbina a gs com fluxo mssico de 100 kg/s da ordem de 60 MW.

Em uma turbina a gs, a expanso pode ser consideradaadiabtica de forma que o atrito, ao longo do processo,promove aumento da temperatura do gs, reduzindo aeficincia global do sistema.

RASCUNHO




Em uma turbina a gs ocorre aumento da temperatura do fluido

(gs perfeito) no processo de compresso e na cmara de

combusto. Na turbina, ao contrrio, ocorre queda de

temperatura. Nesse contexto, julgue os itens subseqentes.

Uma mesma unidade ter, ao longo de um ano, eficincia

mdia superior operando nos trpicos em comparao com

outra unidade idntica operando na Sibria, por exemplo.

Partindo do presuposto de que a anlise termodinmica

sempre conduzida para um ciclo fechado hipottico, pode-se

concluir que a eficincia de uma unidade devida

principalmente ao custo do combustvel.

Transferncia de calor, dos gases de descarga da turbina

para o gs de descarga do compressor, benfico do ponto

de vista da eficincia global do ciclo, porm s custas de

grande capital inicial para a planta de gerao de potncia.

Em sistemas regenerativos, de ciclo fechado, a substituio

do ar por um outro gs pode reduzir consideravelmente o

custo do trocador de calor em funo de algumas

propriedades deste novo fluido.

Uma das alternativas para que se consiga reduzir emisses de

gases do efeito estufa e reduzir os custos de gerao de potncia

atravs de pequenos aumentos de eficincia global consiste em

combinar os ciclos Brayton e Rankine. Para uma dada razo de

presso e fluxo mssico de combustvel do ciclo Brayton, julgue

os itens a seguir.

No ciclo Brayton, o aumento da temperatura de descarga do

ar do compressor e a utilizao de palhetas de turbina de

material cermico com palhetas de alto desempenho na

turbina a vapor (ciclo Rankine) melhoram o rendimento

global do ciclo combinado.

A utilizao de palhetas cermicas na turbina a gs, altas

eficincias isentrpicas para o compressor e a turbina a

vapor, e diminuio na presso de condensao do ciclo

Brayton melhoram o rendimento global do ciclo combinado.

Para os ciclos Brayton e Rankine, tem-se, respectivamente,

diferencial de presso de 10 bar e 30 bar. Dessa forma,

mais produtivo para a eficincia global do ciclo combinado

aumentar a eficincia isentrpica da bomba dgua do que

a eficincia do compressor, admitindo-se que tais eficincias

so, originalmente, de 90%.

Se o ciclo Brayton opera com 100 kg/s de ar, o ciclo

Rankine deve operar com taxas bem menores, devido

diferena de calor especfico dos fluidos, o excessivo calor

de vaporizao da gua, o rendimento do recuperador de

calor, e a necessidade de preservar tal equipamento de

possvel condensao do vapor dgua contido nos gases de

exausto do ciclo Brayton, entre outros.

Se o ciclo Brayton possui eficincia de 40% e o Rankine de20%, a eficincia do ciclo combinado de 60%.

O clculo da eficincia terica do ciclo combinado pode serrealizado conhecendo-se apenas o PCI (J/kg) e a vazomssica (kg/s) do combustvel, e o calor total, por unidade detempo, transferido no condensador.

Em funo dos elevados nveis de presso de trabalho deciclos Rankine e considerando-se uma bomba com eficinciaisentrpica de 80%, correto afirmar que 20% da potnciafornecida na turbina a vapor utilizada para acionar a bomba,o restante pode ser utilizado no gerador eltrico.

Em um ciclo Rankine operando isoladamente, oreaquecimento do vapor entre mltiplas expanses,combinado com algumas extraes (regenerativos), servempara melhorar o rendimento trmico da planta, bem comodiminuir o consumo especfico de vapor, para um dadorequerimento de potncia til.

RASCUNHO




fonte

R1

C

L

S1

S2R

2

Considerando que um tanque que armazena gs liquefeito de

petrleo (GLP), em estados lquido e gasoso, possua um

manmetro que registra a presso manomtrica, julgue os

seguintes itens.

A presso absoluta no tanque dada pela soma das presses

manomtrica e atmosfrica.

A presso absoluta no tanque , em geral, inferior da

atmosfrica, caracterizando uma presso vacuomtrica.

Se o manmetro for instalado na posio inferior do tanque,

ele dever medir uma presso equivalente altura de gs

liquefeito dada por g H, em que a massa

especfica, g, a acelerao da gravidade, e H, a altura de

fluido no tanque.

A presso nas paredes do tanque somente ser distribuda

uniformemente se o tanque armazenar GLP em fase gasosa.

A equao de Bernoulli, proposta em 1738, relaciona presso,

velocidade e elevao em um escoamento de fluido. Julgue os

itens que se seguem, quanto ao uso dessa equao.

O escoamento deve ocorrer em regime permanente, sem

apresentar atrito.

Essa equao pode ser corretamente aplicada tanto a

escoamentos incompressveis quanto a escoamentos

compressveis.

Essa equao quantifica a relao entre presso, velocidade

e elevao em uma nica linha de corrente.

Na ausncia de potncia de eixo e troca de calor, as

equaes de energia e de Bernoulli so equivalentes para

um escoamento incompressvel e em regime permanente.

Considerando que um fluido viscoso escoa em uma tubulao

com comprimento, dimetro e a uma vazo conhecidos, julgue

os itens subseqentes.

A perda de carga nessa tubulao pode ser corretamente

estimada a partir do diagrama de Moody, que relaciona um

fator adimensional de atrito com o nmero de Reynolds do

escoamento e a rugosidade relativa da tubulao.

Se o dimetro da tubulao aumentar, a perda de carga

tambm deve aumentar.

Se a vazo do escoamento diminuir, a perda de carga

tambm deve diminuir.

Os escoamentos de fluidos seguem as equaes clssicas de

conservao da massa, da quantidade de movimento e de energia.

Essas equaes so expressas de forma integral ou diferencial e

so aplicadas em diferentes problemas de engenharia. Nesse

contexto, julgue o seguinte item.

A equao da continuidade quantifica a conservao da

massa em qualquer posio do escoamento. Para escoamento

incompressvel, a forma diferencial da equao caracteriza o

campo de velocidade como solenoidal, isto , campo com

divergncia nula.

A figura acima ilustra o esquema de um circuito eltrico

constitudo de uma fonte, duas resistncias, um capacitor, um

indutor e duas chaves (S1 e S2) abertas. Com relao a esse

circuito e aos princpios envolvidos, julgue os itens subseqentes,

considerando que inicialmente o capacitor esteja completamente

descarregado.

Considere a seguinte situao para o circuito mostrado: fonte

de corrente contnua (CC) com fora eletromotriz V, chave S2

aberta e chave S1 fechada. Nesse caso, o capacitor ser

carregado at que a diferena de potencial entre os seus

terminais seja igual fora eletromotriz fornecida pela fonte.

No caso de a fonte ser de corrente contnua (CC), mantendo-

se a chave S1 aberta e fechando-se a chave S2, a corrente que

percorrer o circuito em funo do tempo corretamente

representada pela expresso: .

Considere que a fonte fornece ao circuito uma voltagem

alternada dada por V(t) = Vo sen t, em que Vo a voltagem

mxima e T, a freqncia angular. Nesse caso, mantendo-se

a chave S2 aberta e fechando-se a chave S1, a voltagem no

capacitor se atrasar em 90 em relao corrente.




hastes

temperaturaambiente

T2

T2

L L

T1

Caso a fonte do circuito fornea uma diferena de potencial igual

a V(t) = V0 sen t, mantendo-se a chave S1 aberta e fechando-se

a chave S2, a corrente aps certo tempo se adiantar em relao

voltagem.

Em um circuito de corrente alternada capacitivo, a corrente

aumenta tanto com o aumento da freqncia quanto da

capacitncia, desde que no haja variao na resistncia.

No motor de induo (motor CA) so induzidas correntes

alternadas no circuito do rotor devido ao campo magntico

girante do estator. impossvel para o rotor de um motor de

induo girar com a mesma velocidade do campo magntico

girante.

Os mecanismos fundamentais de transferncia de calor envolvem o

transporte de energia por conduo, conveco e radiao. Julgue os

itens seguintes, acerca desse assunto.

A conduo de calor o mecanismo que acontece somente em

slidos e ocorre devido ao processo de transporte de energia de

origem de difuso molecular tendo em vista a diferena de

temperatura.

A conveco est associada ao transporte de energia em fluidos

em movimento, a partir de uma diferena de temperatura no

interior do fluido.

O processo de transferncia de calor por conveco natural

associa-se ao movimento de fluidos devido s foras de empuxo.

A troca de calor pela radiao um mecanismo que no est

associado aos processos formulados pela mecnica dos meios

contnuos, visto que essa troca de calor envolve a propagao de

energia por ondas eletromagnticas.

A formulao elementar das trocas de calor por conduo, conveco

e radiao envolve leis clssicas, postuladas por relaes entre o

fluxo de calor e a diferena de temperatura. Com base nessas leis,

julgue os seguintes itens.

A lei de Fourier para a conduo de calor estabelece uma relao

linear do fluxo de calor com a diferena de temperatura, tendo

como parmetro de proporcionalidade a difusividade trmica.

A conveco foi formulada por Newton para o resfriamento de

uma superfcie aquecida e relaciona linearmente o fluxo de calor

com a diferena de temperatura, introduzindo como parmetro

de proporcionalidade o coeficiente de troca convectiva h. Essa

relao, no entanto, s aplicvel a conveco forada.

Em trocas de calor pela radiao, o calor proporcional

diferena das quartas potncias das temperaturas, expressas

necessariamente, em kelvins.

Considere que uma estrutura com hastes de suporte de um

equipamento industrial tenha sido construda em material

isolante e apresente a geometria como mostrada na figura

acima. Julgue o item a seguir, no que concerne troca de

calor por conduo nas referidas hastes.

Utilizando a lei de Fourier, pode-se estimar a troca de

calor em cada haste como , em que A

a rea da seco transversal da haste e k a sua

condutividade trmica.

No escoamento interno em um duto de seo constante, o

coeficiente de troca convectiva h pode ser determinado por

meio de uma equao emprica na forma Nu = a Reb Prc,

em que Nu o nmero de Nusselt, Re o nmero de

Reynolds, Pr o nmero de Prandtl e a, b, e c so constantes.

Considerando que a vazo de escoamento do fluido seja igual

a Q e que o duto possua dimetro D, julgue os itens seguintes.

Se a vazo cai pela metade, ento o coeficiente de

transferncia de calor tambm reduzido metade.

A vazo do fluido no influencia o fluxo de calor.

A respeito da operao de trocadores de calor, julgue os itens

seguintes.

Trocadores de calor em contracorrente caracterizam-se

por apresentarem a transferncia de calor entre as

parcelas mais quentes e mais frias dos dois fluidos em

suas extremidades.

Nos trocadores de calor em correntes paralelas, as

diferenas de temperatura entre os fluidos so mais

intensas, envolvendo, portanto, maiores gradientes de

troca, o que pode comprometer a integridade estrutural

devido a questes de dilatao trmica.


eng eq jr mecanica

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