eng eq pleno mecanica

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

Cargo 18: Engenheiro(a) de Equipamentos Pleno Mecnica 1 permitida a reproduo apenas para fins didticos, desde que citada a fonte.

CONHECIMENTOS ESPECFICOS

A respeito da fsico-qumica metalrgica, julgue os itens a seguir.

Sabe-se que os diagramas de fase para uso em metalurgia so,

geralmente, grficos que indicam os valores de temperaturas e

composies em que as fases e misturas de fases especficas so

estveis presso de uma atmosfera. Assim, correto afirmar

que, para obter o diagrama de fases de uma liga metlica, deve-

se submeter diferentes composies da liga a variaes bruscas

de temperatura elevadas taxas de aquecimento ou

resfriamento e, rapidamente, observar e registrar as fases

referentes s vrias combinaes de composio e temperatura.

O termo linha liquidus usado para indicar o lugar geomtrico

das temperaturas acima das quais todas as composies de uma

liga so exclusivamente lquidas.

Sabendo que o uso da energia livre na anlise do equilbrio

qumico de um sistema de vrios componentes, mantido

presso constante de cerca de 1 atm, leva regra das fases, a

qual relaciona entre si os nmeros de: variveis independentes

ou graus de liberdade (G); componentes (C); e fases presentes

(F), conforme a expresso: F+G = C+1, ento, no caso de trs

fases estarem presentes em um sistema binrio, o nmero de

graus zero (G = 0).

Sabendo que F + G = C + 1, correto afirmar que em uma

regio monofsica do diagrama de fases de um sistema binrio

(por exemplo, as regies , e lquida), o nmero de graus de

liberdade trs (G = 3).

Em processos eletroqumicos, os materiais designados de

passivos so, verdadeiramente, aqueles que possuem camadas

protetoras superficiais de xido extremamente estveis para

certos ambientes.

Os metais so reativos e ocorrem na natureza na forma de

compostos qumicos, no entanto, existem duas excees: ouro

(Au) e platina (Pt), para os quais, em vrios ambientes, a

oxidao no favorvel. Nesse caso, correto afirmar que, de

acordo com a srie de potenciais de eletrodo padro, esses dois

metais so os mais andicos.

Acerca da estrutura dos materiais, julgue os itens seguintes.

Muitos so os exemplos de metais que apresentam os arranjos

cristalinos tipo cbico de face centrada (CFC) e hexagonal

compacto (HC). Para esses arranjos, correto afirmar que eles

apresentam o mesmo fator de empacotamento atmico (FEA).

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 distingue essas

duas ligas entre si a porcentagem de C em cada uma

delas. Nesse caso especfico, correto afirmar que 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.

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No que se refere s tcnicas de anlise microestrutural, julgue os

itens a seguir.

Os mtodos de difrao de raios X usados tanto no estudo de

monocristais como no de policristais coincidem quanto

fixao do ngulo de incidncia e quanto ao tipo de radiao

incidente.

Quando feixes de raios X paralelos, monocromticos e de

mesma fase incidem em planos atmicos mutuamente paralelos,

a chamada lei de Bragg relaciona entre si: o comprimento de

onda do feixe; o espaamento interatmico dos planos; e o

ngulo para o qual ocorre difrao. Assim, a lei de Bragg uma

condio necessria, mas no suficiente, para haver difrao, ou

seja, interferncia construtiva dos raios dispersos em cristais

reais.

Os raios X so radiaes eletromagnticas que possuem

elevadas energias e comprimentos de onda da ordem da

magnitude dos espaamentos atmicos existentes nos materiais

slidos e s foram descobertos por volta de 1940, durante a

segunda Guerra Mundial.

Por serem os gros de amostras monofsicas normalmente

irregulares, difcil conceituar, com grande preciso, seu

tamanho ou dimetro. Nesse contexto, o mtodo comparativo

com microestruturas padro bastante simples e difundido para

se determinar rotineiramente tamanhos mdios de gros.

Em microscopia eletrnica, ocorrem vrios processos de

interao durante a incidncia de um feixe de eltrons em uma

amostra. Os eltrons transmitidos, particularmente os

espalhados elasticamente, so os usados em microscopia

eletrnica de transmisso (MET). Nessa tcnica de

caracterizao, o fenmeno bsico que ocorre na formao de

imagens em MET o espalhamento dos eltrons pelos tomos

da amostra; ao contrrio dos raios X, na MET os eltrons do

feixe so espalhados no pelos eltrons dos tomos da amostra,

mas sim pelos seus ncleos.

Um parafuso longo empregado para prender uma tampa de vaso

de presso. Considerando que o parafuso solicitado essencialmente

trao, julgue o item abaixo.

Para efeito de clculo do dimensionamento trao do

parafuso, admite-se que as tenses normais se distribuem

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

peso prprio, 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 estado de

tenso qualquer, 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 preenchido com gs a 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 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, um em uma de suas

extremidades e o outro 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 com

altura h e largura b est submetida a seu peso prprio e est

engastada em ambas as extremidades. Nessas condies, julgue

os itens que se seguem.

A mesma viga, simplesmente apoiada em suas extremidades e

submetida ao mesmo carregamento por peso prprio, estaria

submetida a tenses normais 50% maiores que na situao

presente, biengastada.

As equaes de equilbrio so suficientes para determinar os

esforos 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 q representa o peso

prprio por unidade de comprimento da viga.

As sees transversais onde a curvatura da viga deformada

mxima esto associadas s sees onde os maiores momentos

fletores, em valor absoluto, so observados.

Um eixo de ao de seo circular vasada, com comprimento L,

dimetro externo De e dimetro interno D

i, aciona uma broca de

perfurao. Durante a operao, o torque resistente sobre a broca

tem valor M, enquanto o torque resistente por unidade de

comprimento atuante pelo solo sobre o eixo tem valor m. Em relao

essa situao, julgue os itens subseqentes.

As sees transversais mais solicitadas do eixo so aquelas

prximas 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 seo circular cheia construdo

com o mesmo material e o mesmo dimetro externo De.

O maior valor da tenso cisalhante observado no eixo igual a

.

De acordo com a teoria de Bernoulli, a distribuio da tenso

cisalhante nas sees transversais do eixo diretamente

proporcional ao raio em cada ponto material considerado.

Componentes de mquinas e estruturas mecnicas devem ser

inspecionados em sua fabricao e durante a vida operacional,

para assegurar condies de funcionalidade e segurana.

Ensaios no-destrutivos referem-se ao conjunto de tcnicas de

inspeo que mantm a pea examinada apropriada para uso

posterior. Com relao aos ensaios no-destrutivos, julgue os

itens que se seguem.

A simples inspeo visual de uma pea a olho nu no

pode ser considerada uma tcnica de inspeo no-

destrutiva.

A grande vantagem dos ensaios com lquidos penetrantes

refere-se possibilidade de deteco de qualquer tipo de

trinca superficial em qualquer tipo de material, de forma

rpida e barata. Entretanto, esses ensaios somente podem

revelar descontinuidades relativamente grosseiras, da

ordem de 0,1 mm de largura.

Um ensaio com lquido penetrante consiste na aplicao,

por meio de pincel, imerso, pistola ou spray, de um

lquido, geralmente de cor vermelha ou fluorescente,

capaz de penetrar nas descontinuidades depois de

determinado tempo em contato com a superfcie da pea

ensaiada. Depois de remover o excesso de lquido,

deve-se aplicar um revelador, um talco branco que atua

como se fosse um mata-borro, sugando o penetrante das

descontinuidades e revelando-as.

O ensaio por partculas magnticas uma opo possvel

para detectar defeitos superficiais e subsuperficiais, at

uma profundidade de 3 mm, em tubulaes fabricadas em

ao inoxidvel austentico e cobre.

A termografia industrial tem larga aplicao na indstria

petroqumica, na inspeo de serpentinas de fornos de

aquecimento e craqueamento trmico, na avaliao de

revestimentos isolantes e refratrios internos de dutos de

gases quentes e chamins. Consiste na medio do campo

de temperaturas existente na pea examinada por meio de

pinturas sensitivas, cristais lquidos, radimetros e

sistemas de viso infravermelha.




Metais, polmeros e cermicas compem as trs grandes classes de

materiais disponveis para aplicaes de engenharia. So as

caractersticas especficas de cada material que iro determinar a escolha

correta para a aplicao em produtos industriais, componentes de

mquinas e estruturas. No que se refere a esse assunto, julgue os itens a

seguir.

O alto teor de cementita faz do ferro fundido branco um material

no-dctil, muito frgil, com uma superfcie muito dura, o que o

torna prprio para aplicaes que requerem alta resistncia

abraso.

As ligas de titnio no so magnticas, apresentam boa relao

resistncia/peso e tambm boa resistncia corroso e so

recomendadas para aplicaes em que se requer associao de

resistncia mecnica, resistncia corroso e peso reduzido.

Entretanto, so difceis de serem usinadas ou conformadas, o que as

torna muito caras para a fabricao de peas e limita

consideravelmente sua utilizao para aplicaes usuais.

A grande vantagem e o apelo utilizao dos compsitos

polimricos reforados por fibras contnuas de carbono, vidro ou

aramidas (kevlar) em aplicaes estruturais a baixa rigidez

especfica desses materiais, que torna as estruturas muito leves.

Os aos inoxidveis martensticos so essencialmente ligas Fe-C-Cr

com, eventualmente, pequenas quantidades de nquel e possuem alta

temperabilidade, a qual lhes proporciona propriedades mecnicas

desejadas. So chamados de aos-turbina por serem freqentemente

empregados em ps de turbinas e compressores, molas, eixos,

hlices de bombas, hastes de vlvulas etc.

ALCLAD a designao dada a chapas ou tubos de alumnio

recobertos com uma pelcula de Zn2O

3 altamente aderente, contnua

e uniforme, aplicada em ambas as faces.

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.

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

estabelecido 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 para a determinao do estado final da mistura.




G

vapor

lquido

trocador

A figura acima mostra o esquema de uma instalao de cogerao

em que a razo entre calor e eletricidade gerados (heat/power)

varia em amplo espectro. Em linhas gerais, tem-se um ciclo

Brayton, com um regenerador (trocador) e um recuperador de calor

(caldeira). As linhas duplas significam entrada de combustvel.

Nesse contexto, julgue os itens subseqentes.

Para a razo heat/power > 2,0, o regenerador no deve ser

utilizado quando se pretende manter a eficincia global da

planta em valores elevados.

A caldeira de recuperao, em termos prticos, deve ser

projetada para retirar o mximo possvel de entalpia dos gases

de descarga do ciclo Brayton, gerando assim maior quantidade

de vapor de processo.

Nesse tipo de instalao, se a potncia gerada no ciclo Brayton

for superior a 100 MW, mais vantajoso utilizar o vapor

gerado em um ciclo Rankine.

Uma maneira de aumentar a eficincia do ciclo Brayton seria

a injeo de vapor na sada da cmara de combusto, antes da

expanso na turbina, no esquematizado na figura.

Atualmente, esse tipo de planta est perdendo competitividade

para o ciclo combinado, onde a eletricidade extra gerada em

um ciclo Rankine pode produzir vapor em caldeiras eltricas,

com eficincia superior a 85%.

Acerca de instalaes de bombeamento, julgue os itens que se

seguem.

As bombas rotativas so aquelas que possuem vazo constante

independente 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 se expande subitamente nas

paredes do rotor, causando danos sua superfcie.

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

de gua e est situada a 20 m acima do reservatrio de gua.

As perdas de carga so equivalentes altura manomtrica

devido diferena de cota. A bomba original sofreu danos

irreversveis. O setor de manuteno descobriu no estoque trs

bombas 1MC, uma bomba 2MC e duas bombas 3MC, conforme

a figura a seguir.

Com base nessa situao, julgue o item subseqente.

Com as bombas disponveis foi possvel resolver o

problema.




A respeito de turbinas, julgue os itens a seguir.

Em um ciclo Rankine, com turbina de impulso e superaquecimento,

operando entre 70 e 0,5 bar, podem ser gerados 52 MW de potncia

til, a plena carga. Aumentando-se a presso de 70 para 90 bar

pode-se gerar at 15% a mais de potncia.

A acelerao do gs em bocais de expanso ocorre em uma parte

convergente e, em seguida, divergente porque o processo real no

totalmente isentrpico, de forma que o calor gerado pelo atrito nas

altas velocidades provoca aumento do volume especfico do gs

exigindo maiores reas de escoamento.

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, 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 e 30 bar. Dessa forma, mais produtivo

para a eficincia global do ciclo combinado aumentar a eficincia

isentrpica da bomba dgua do que a eficncia 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 de 20%, a

eficincia do ciclo combinado de 60%.

O clculo da eficincia terica do ciclo combinado pode ser

realizado conhecendo-se apenas o PCI (J/kg) e a vazo mssica

(kg/s) do combustvel, e o calor total, por unidade de tempo,

transferido no condensador.

Em funo dos elevados nveis de presso de trabalho de ciclos

Rankine e considerando-se uma bomba com eficincia isentrpica

de 80%, correto afirmar que 20% da potncia fornecida na turbina

a vapor utilizada para acionar a bomba, o restante pode ser

utilizado no gerador eltrico.

RASCUNHO




O gs natural ser, em um futuro prximo, um insumo importante na

matriz energtica nacional, principalmente depois das recentes

descobertas de importantes jazidas no pas. Com relao a esse

assunto, julgue os itens seguintes.

Equipamentos que utilizam gs liquefeito de petrleo (GLP) e

ar como oxidante, em geral, podem operar com gs natural

(GN). Faz-se necesssrio, basicamente, o ajuste da razo ar-

combustvel, j que o coeficiente estequiomtrico para o

oxidante, em uma queima com razo de equivalncia unitria,

ser prximo de dois para o GN e entre sete e nove para o GLP.

Em funo de uma queima mais limpa, o gs natural tem-se

tornado uma boa opo na indstria em substituio, por

exemplo, ao leo dsel, em caldeiras de vapor, uma vez que a

queima dos dois combustveis, exceto pelo fato de um ser

lquido e o outro gasoso, ajustando-se as quantidades

queimadas, devido aos diferentes PCIs (poder calorfico

inferior), so rigorosamente iguais.

O gs natural veicular, por ser um combustvel que no polui a

atmosfera, deveria ter seu uso obrigatrio, em grandes

metrpoles.

Considerando a combusto como um importante processo na

indstria, julgue os itens subeqentes.

A queima de coque, um slido derivado do processamento do

petrleo que rico em carbono, ocorre por vaporizao do

mesmo seguida das reaes de oxidao na fase gasosa.

Em caldeiras operando com leo combustvel pesado, a parcela

de transferncia de calor por radiao to significativa quanto

da conveco. A primeira mais eficiente e vantajosa do

ponto de vista da formao de alguns poluentes dependentes da

temperatura de chama adiabtica local.

A emisso de radiao trmica em sistema com queima de

hidrocarbonetos leves, com baixa formao de fuligem, se d

pelo estado de excitao de algumas espcies mais estveis,

presentes nos produtos da combusto.

So imprescindveis, no clculo terico da transferncia de

calor dos produtos da combusto para as paredes do reator ou

caldeira, os seguintes nmeros adimensionais Re, Nu, Pr e Sw,

entre outros.

A respeito do vapor, considerado um importante insumo

industrial, julgue os itens a seguir.

Na seqncia de procedimentos principais no

acionamento de uma caldeira do tipo flamotubular, que

operam em presses mdias e baixas, tem-se o

acionamento do compressor de ar, acionamento da

centelha seguida da injeo de combustvel, verificao

do acendimento (clula fotoeltrica ou outro dispositivo)

e manuteno da chama at o momento em que a presso

atinja o valor ajustado de operao, desde que o nvel

mnimo de gua no seja ultrapassado.

Em caldeiras flamotubulares, a deposio e a agregao

de slidos base de sulfatos, carbonatos, silicatos, com

condutibilidade trmica superior ao ao, melhoram a

transferncia de calor para a gua, reduzindo a

temperatura dos gases de combusto abaixo do ponto de

orvalho, o que indesejvel em virtude da corroso,

principalmente se o combustvel contm enxofre.

Fornos rotativos so equipamentos desejveis quando

se buscam altas taxas de transferncia de calor com

distribuio mais uniforme de temperatura, elevados tempos de

residncia dos produtos da combusto no interior do forno que

reage, por exemplo, com partculas slidas que escoam no

modo co-corrente ou contra-corrente. Tais equipamentos

podem chegar a mais de 50 m de comprimento. Combustveis

gasosos, lquidos ou slidos podem ser empregados e

normalmente se trabalha com excesso de ar considervel na

combusto.

Considerando o texto acima, julgue os itens que se seguem.

Nesses equipamentos, a injeo de combustvel e sua

posterior mistura com o ar deve ser bem realizado para se

otimizar a queima. Apesar do excesso de ar, uma parte

considervel da reao ocorre prximo da estequiometria,

resultando na emisso de alguns gases poluentes.

Para evitar fuso da parede do forno, na maioria dos

casos, utiliza-se sistema de resfriamento com camisa

dgua.




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

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 gH, 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 a essa 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 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 os seguintes itens.

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.

Para fluidos newtonianos incompressveis, a tenso em um

ponto linearmente proporcional velocidade, e o coeficiente

de proporcionalidade a viscosidade.

O balano de quantidade de movimento em fluidos viscosos

newtonianos expresso pela equao de Navier-Stokes, que

vlida somente para escoamentos viscosos laminares.

No modelo de escoamento potencial, considera-se que o fluido

no-viscoso e incompressvel.

A equao de Euler para escoamentos de fluidos tem como

premissa o fato de o tensor de tenses ser diagonal e suas

componentes serem diretamente proporcionais ao gradiente de

presso.

Na mecnica dos fluidos, constantemente so utilizados parmetros

adimensionais que permitem o estabelecimento de leis empricas

para diferentes tipos de escoamento, denominado anlise

dimensional e semelhana. A respeito desse assunto, julgue os itens

a seguir.

O nmero de Reynolds, um dos parmetros adimensionais

mais importantes da mecnica dos fluidos, quantifica uma

relao entre esforos de inrcia e esforos viscosos.

Altos nmeros de Reynolds correspondem a instabilidades no

escoamento e, portanto, a mudana de regime de laminar para

turbulento.

O nmero de Reynolds o nico parmetro que pode

caracterizar a transio de escoamento de laminar para

turbulento.

O nmero de Mach correlaciona a velocidade caracterstica do

escoamento com a velocidade do som no meio. Para Mach

inferior a 0,3, o escoamento considerado incompressvel.

O arrasto de um escoamento externo pode ser quantificado

pelo coeficiente de arrasto. Para uma dada geometria, esse

coeficiente funo unicamente da velocidade do escoamento.

O nmero de Froude definido como em que U

a velocidade do escoamento, g, a acelerao da gravidade, e L,

o comprimento caracterstico um adimensional que deve

ser utilizado em escoamentos de superfcie livre, como em

problemas de escoamentos em oceanos.




hastes

temperaturaambiente

T2

T2

L L

T1

Os escoamentos de fluidos em tubulaes industriais envolvem

perdas de carga devido ao atrito em tubulaes retas e perdas

localizadas em vlvulas ou conexes. Nesse contexto, julgue os

itens que se seguem.

A perda de carga em uma tubulao depende da viscosidade

do fluido, do dimetro e comprimento do duto e da vazo.

A perda de carga em vlvulas proporcional ao quadrado da

velocidade de escoamento do fluido.

As perdas localizadas devem ser adicionadas s perdas por

atrito na tubulao, utilizando-se o coeficiente de perda

localizada K, que funo unicamente da velocidade do

escoamento.

Em bocais divergentes, a presso e a velocidade do fluido

diminuem ao longo do escoamento.

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.

Considerando 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-se 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.

Para um mesmo coeficiente global de troca U e nas

mesmas caractersticas de operao, a rea necessria para

que ocorra uma determinada taxa de transferncia menor

para um arranjo de trocador em paralelo do que em

contracorrente.

As metodologias para clculo de trocadores de calor

baseadas em LMDT ou NUT-efetividade apresentam

resultados equivalentes, e a escolha do mtodo deve ser

feita com base na facilidade de implementao, o que

depende da natureza do problema.

O clculo de coeficientes globais de troca de calor em

arranjos de trocadores de calor so definidos por grficos

de NUT-efetividade ou LTMD.


eng eq pleno mecanica

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