Questões de Concurso sobre Turbinas termomecânicas (elementos, características e classificação)

Em relação ao estudo de compressores e turbinas, assinale a alternativa correta.

Considere um projeto de instalação de uma caldeira. Como sistema de segurança, a falta de energia devido a colapso do sistema público, irá impulsionar uma turbina para gerar energia para todo o prédio. No entanto, ao definir a potência final, verificou-se que ela não suportaria dar carga energética suficiente para toda a infraestrutura exigida. O ideal seria que fosse aumentada a eficiência dessa máquina térmica, como solução mais adequada e de custo mais racional:

A principal solução que o engenheiro mecânico deverá fazer para melhorar essa eficiência energética é:

A figura mostrada representa o esquema de funcionamento de uma turbina a vapor, onde W₁ é o trabalho executado pela bomba, W₂ é o trabalho gerado pela turbina e Q é o calor fornecido ao boiler para aquecer o vapor.

Após uma análise do ciclo, um engenheiro determinou as entalpias nos quatro pontos mostrados na figura, sendo h₁ = 3205 kJ/kg, h₂ = 2000 kJ/kg, h₃ = 200 kJ/kg, e h₄ = 205 kJ/kg.

Com esses valores, a eficiência térmica do ciclo é:

Sobre o projeto de tubulações de distribuição de vapor, analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta.

I. O volume específico do vapor saturado seco diminui com o aumento da pressão. Portanto, a distribuição de vapor em pressão mais elevada reduz as dimensões da tubulação e componentes, reduzindo o custo de investimento em tubulações, componentes e isolamento térmico. A pressão de distribuição é então reduzida no ponto de utilização para as pressões de operação dos equipamentos.

II. O sistema de classificação de tubos de aço carbono do Instituto de Petróleo Americano (API) (normalizado pelas normas NBR 5580 e NBR 5590) identifica as tubulações pelo seu diâmetro nominal em milímetros e pelo schedule (SCH), o qual se relaciona com a máxima pressão nominal de operação da tubulação.

III. O isolamento térmico em tubulações de vapor é utilizado para reduzir a transferência de calor para o ambiente, proteger a tubulação da ação do meio ambiente e evitar a exposição ao contato da tubulação quente. O isolamento é formado usualmente por uma camada de isolante em lã de rocha ou lã de vidro, coberta externamente por uma chapa fina de alumínio liso ou corrugado.

IV. A pressão de fornecimento de vapor necessária na caldeira é especificada como 20% maior que a pressão na entrada dos equipamentos que serão alimentados, como forma de prover uma margem de operação segura.

As turbinas podem ter múltiplos estágios. Em relação à forma como a energia é convertida, assinale a alternativa correta.

As plantas com turbinas a vapor são consideradas não poluentes, pois utilizam água como combustível.

Em uma turbina de contrapressão, o vapor de escape

Turbina a vapor é uma máquina térmica que utiliza a energia do vapor sob forma de energia cinética. Entre seus componentes, a regulagem da velocidade e da potência da turbina, modificando a descarga do vapor, é realizada pelo:

O desenho da geometria da seção de trabalho de uma turbina a vapor pode ser otimizado para maximizar a eficiência da conversão da energia térmica em energia mecânica, considerando-se as perdas causadas pelo desvio de fluxo de vapor e pela distribuição de velocidades.

Em um projeto de modernização de um parque industrial, foram adquiridos dois novos compressores, uma bomba hidráulica, um trocador de calor e uma nova turbina para o turbo-gerador da fábrica.

Sobre os equipamentos adquiridos, o técnico envolvido no projeto fez as seguintes afirmações:

I – A bomba centrífuga é responsável por gerar pressão em líquidos, funcionando como uma fonte de energia para circuitos hidráulicos.

II – O compressor de parafuso rotativo converte a energia cinética de fluidos em energia mecânica rotacional.

III – O radiador reduz a temperatura de um fluido, transferindo a energia térmica desse para outro fluido.

IV – A turbina é responsável por gerar pressão em um circuito pneumático, funcionando como uma fonte de energia.

Das afirmações apontadas pelo técnico, são verdadeiras APENAS as de n^o(s)

Uma turbina a gás produz energia a partir do resultado das seguintes etapas contínuas do ciclo Stirling: compressão, combustão, expansão e exaustão.

O gás utilizado para alimentação de turbinas pode ser transportado via gasoduto: para melhorar a eficiência do transporte, o gás é comprimido para que seja escoado para um ponto de menor pressão; antes de iniciar o trajeto, o gás é comprimido para uma pressão entre 800 kgf/cm³ e 1.000 kgf/cm³.

O processo termodinâmico que melhor representa o comportamento das turbinas é o processo isotérmico e irreversível.

Se a razão entre a massa de vapor presente e a massa total da substância que adentra a turbina for igual a 1, há somente vapor seco.

Nas turbinas de ação, o vapor não sofre expansão ao passar pelas palhetas do rotor.

Considerando-se que uma vazão mássica de vapor igual a 2 kg/s produz 4 MW de potência em uma turbina e que a entalpia do vapor na entrada da turbina vale 3.600 kJ/kg, é correto afirmar, desprezando-se as variações das energias cinéticas e potencial, que o valor da entalpia, em kJ/kg, na saída da turbina, é igual a

A turbina fornece energia a vapor, na forma de trabalho, ao ter suas pás percorridas.

O ciclo termodinâmico em uma turbina de vapor é:

As turbinas hidráulicas operam convertendo energia de um escoamento em energia mecânica. A escolha do melhor tipo de turbina para cada aplicação depende do conhecimento de sua operação e de suas limitações.

O enunciado que apresenta uma informação verdadeira sobre as turbinas hidráulicas é:

Em uma turbina a vapor entra vapor superaquecido a 700 K através de um duto de 100 mm de diâmetro, a uma vazão de 1m³ /s e 3 MPa (u = 2970 kJ/kg, h = 3280 kJ/kg, v =0,103 m³ /kg) e sai como vapor saturado a 450 K ((u = 2582 kJ/kg, h = 2775 kJ/kg, v =0,20 m³ /kg), através de um duto do mesmo tamanho do duto de entrada. Negligenciando eventuais perdas de energia cinética e potencial e assumindo que não há perdas de calor, pode-se afirmar que para estes parâmetros o trabalho gerado pela turbina por kg de vapor é maior que 500 kJ/kg e a potência total gerada pela turbina é menos que 5 MW.