O ciclo de Rankine é o modelo ideal para as centrais térmicas a vapor utilizadas na produção de potência. No entanto, sabe-se que um ciclo real se afasta de um ciclo ideal, uma vez que ocorrem várias perdas. Com relação a essas perdas, analise a afirmativa a seguir:
I - As perdas principais na turbina são aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho, por meio dos canais e palhetas da turbina.
II - As perdas na bomba decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido.
III - A perda de carga provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações.
IV - As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o conjunto.
Estão corretas apenas as afirmativas:
a) I e II; b) I e VI; c) III e IV; d) I, II e III; e) II, III e IV
I - As perdas principais na turbina são aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho, por meio dos canais e palhetas da turbina.
II - As perdas na bomba decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido.
III - A perda de carga provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações.
IV - As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o conjunto.
Estão corretas apenas as afirmativas:
a) I e II; b) I e VI; c) III e IV; d) I, II e III; e) II, III e IV
Passo 1
O enunciado pede que eu analise quatro afirmativas sobre as perdas em um ciclo de Rankine (centrais térmicas a vapor) e escolha qual alternativa traz apenas as afirmativas corretas. As afirmativas são:
I - As perdas principais na turbina são aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho, por meio dos canais e palhetas da turbina.
II - As perdas na bomba decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido.
III - A perda de carga provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações.
IV - As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o conjunto.
II - As perdas na bomba decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido.
III - A perda de carga provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações.
IV - As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o conjunto.
As alternativas são:
a) I e II
b) I e VI (observação: há um “VI” que não existe no enunciado; desconsidero por ser provavelmente um erro tipográfico)
c) III e IV
d) I, II e III
e) II, III e IV
a) I e II
b) I e VI (observação: há um “VI” que não existe no enunciado; desconsidero por ser provavelmente um erro tipográfico)
c) III e IV
d) I, II e III
e) II, III e IV
Passo 2
Antes de analisar cada afirmativa, vamos entender, de forma simples e prática, quais tipos de perdas aparecem nos componentes do ciclo de Rankine. Isso ajuda a julgar a veracidade de cada afirmação.
- Perdas por escoamento (hidráulicas/aerodinâmicas): são irreversibilidades geradas quando o fluido sofre atrito interno, separação, redemoinhos, perdas em palhetas, bicos, mudanças bruscas de seção etc. Manifestam-se como queda de pressão, dissipação viscosa e produção de entropia.
- Perdas mecânicas e de vedação: atrito entre partes móveis, vazamentos (por clearance), perdas volumétricas em bombas e compressores.
- Perdas por transferência de calor irreversível: quando há transferência de calor com grande diferença de temperatura entre fluido e ambiente ou entre fluidos, há geração de entropia (exergia perdida).
- Em tubulações: normalmente a perda de carga é dominada pelo atrito e por “minor losses” (curvas, válvulas, mudanças de área); a perda de calor para o ambiente depende do isolamento — bem isoladas, essas perdas são pequenas.
Com essas noções básicas em mente, vamos analisar uma a uma.
Passo 3
Análise da afirmativa I: “As perdas principais na turbina são aquelas associadas ao escoamento do fluido de trabalho, por meio dos canais e palhetas da turbina.”
- Explicação didática: na turbina o vapor (fluido de trabalho) passa por bicos e palhetas, transforma energia térmica/pressão em trabalho. Durante esse escoamento ocorrem perdas por atrito nas palhetas, separações, formação de vórtices secundários, choques em expansão (em turbinas de alta velocidade), e vazamentos por entre-palhetas/clearance. Todas essas perdas são do tipo de escoamento/aerodinâmicas e geram entropia, reduzindo o trabalho útil extraído.
- Conclusão: essa afirmação está correta — as perdas principais da turbina são, de fato, associadas ao próprio escoamento através das palhetas e canais.
Passo 4
Análise da afirmativa II: “As perdas na bomba decorrem principalmente das irreversibilidades associadas ao escoamento do fluido.”
- Explicação didática: uma bomba movimenta líquido (quase incompressível). As perdas numa bomba têm várias origens: perdas hidráulicas (escoamento dentro da roda e carcaça — atrito, recirculação), perdas volumétricas (vazamentos internos entre sucção e descarga), e perdas mecânicas (atrito em mancais, perdas do eixo, etc.). Das citadas, as perdas hidráulicas (ou seja, as irreversibilidades associadas ao escoamento) são frequentemente uma contribuição importante — especialmente em bombas mal projetadas ou operando fora da curva — embora as perdas mecânicas e volumétricas também sejam relevantes.
- Ensino prático: ao avaliar eficiência de bomba usamos a eficiência hidráulica (cuida das perdas do escoamento) e a eficiência mecânica/volumétrica separadamente; portanto dizer que “principalmente” decorrem das irreversibilidades do escoamento é uma afirmação aceitável na perspectiva de perdas internas de energia entre fluido e rotor.
- Conclusão: considerando o enunciado (que é qualitativo), a afirmativa II é aceitável como verdadeira — as perdas hidráulicas/irreversibilidades de escoamento são uma das principais fontes de perda na bomba.
Passo 5
Análise da afirmativa III: “A perda de carga provocada pelo atrito e a transferência de calor ao ambiente são as perdas mais importantes nas tubulações.”
- Explicação didática sobre tubulações:
- Perda de carga: causada pelo atrito do fluido com a parede (descrita, por exemplo, pela fórmula de Darcy–Weisbach
quando for preciso), e por perdas localizadas em curvas, entradas, válvulas. Essas perdas são real e frequentemente a principal fonte de perda de energia em tubulações. - Transferência de calor ao ambiente: se as tubulações não estiverem isoladas, existe troca de calor com o ambiente, o que pode alterar a energia térmica do fluido e gerar irreversibilidades. Contudo, na prática de centrais térmicas é comum isolar as linhas principais (especialmente as de vapor) justamente para minimizar perda térmica. Assim, a perda de calor para o ambiente normalmente é pequena quando boas práticas de engenharia são usadas.
- Perda de carga: causada pelo atrito do fluido com a parede (descrita, por exemplo, pela fórmula de Darcy–Weisbach
- Julgamento da afirmativa: ela junta dois itens — atrito (verdadeiro: perda importante) e transferência de calor ao ambiente (nem sempre importante; geralmente é reduzida por isolamento). A frase diz que “são as perdas mais importantes” — como engloba ambos, e como na prática o calor perdido ao ambiente geralmente NÃO é uma das perdas mais importantes graças ao isolamento, a afirmativa é exagerada/incorrecta nesse ponto.
- Conclusão: a afirmativa III é considerada falsa na leitura prática de centrais térmicas (porque incluir a transferência de calor ao ambiente como uma das perdas mais importantes em tubulações não é correto quando há isolamento adequado).
Passo 6
Análise da afirmativa IV: “As perdas no condensador são extremamente significativas, considerando todo o conjunto.”
- Entendimento e explicação: o condensador rejeita calor ao meio ambiente para permitir que o vapor condense e que a bomba trabalhe com líquido sub-resfriado; há irreversibilidades no condensador (diferença de temperatura entre vapor e água de resfriamento, perdas por transferência de calor, perda de pressão pela passagem, etc.). Porém, ao comparar componentes, as maiores irreversibilidades do ciclo costumam ocorrer no gerador/fornalha (queima e trocas de calor a grandes ΔT) e na turbina (escoamento com grandes perdas exergéticas). O condensador, embora importante para o balanço de massa e para permitir alta eficiência do ciclo (mantendo baixa pressão de condensação), tipicamente não é a fonte “extremamente significativa” de perdas quando se considera o conjunto inteiro — suas irreversibilidades são relevantes, mas menores que as da turbina/gerador e muitas vezes manejáveis.
- Conclusão: a afirmativa IV, dizendo que as perdas no condensador são “extremamente significativas” no conjunto, é exagerada e, por isso, falsa no contexto qualitativo da questão.
Passo 7
Resumo das conclusões das quatro afirmativas, de modo direto e amigável:
- I: verdadeira.
- II: verdadeira (aceitável, pois perdas hidráulicas de escoamento são uma das principais fontes em bombas).
- III: falsa (a perda por atrito é importante, mas a perda de calor ao ambiente normalmente não é “uma das mais importantes” em tubulações bem projetadas e isoladas).
- IV: falsa (não é tipicamente “extremamente significativa” comparada às perdas em turbina/fornalha).
Passo 8
Escolha da alternativa correta com base no resumo: as afirmativas corretas são apenas I e II, o que corresponde à alternativa a).
Resposta
a) I e II