CP-QC-CA-FN/2025
Página:9/14
Com relação aos Ciclos térmicos, assinale a opção correta.
(A) O ciclo Brayton tem um consumo relativo de potência por parte do compressor baixo, quando comparado ao consumo relativo de potência pela bomba em um ciclo Rankine.
(B) A eficiência em um ciclo Otto teórico aumenta quando se diminui a relação de compressão desse ciclo.
(C) O fluido de trabalho em um ciclo Rankine não passa por mudanças de fase em seus processos.
(D) Os ciclos de refrigeração precisam que seu fluido passe por mudanças de fase para que ocorra a transferência de calor do ambiente de temperatura menor para o de temperatura maior.
(E) Enquanto no ciclo Diesel o calor é transferido ao sistema a uma pressão constante, no ciclo Otto o calor é transferido ao sistema a um volume constante.
Página:9/14
(A) O ciclo Brayton tem um consumo relativo de potência por parte do compressor baixo, quando comparado ao consumo relativo de potência pela bomba em um ciclo Rankine.
(B) A eficiência em um ciclo Otto teórico aumenta quando se diminui a relação de compressão desse ciclo.
(C) O fluido de trabalho em um ciclo Rankine não passa por mudanças de fase em seus processos.
(D) Os ciclos de refrigeração precisam que seu fluido passe por mudanças de fase para que ocorra a transferência de calor do ambiente de temperatura menor para o de temperatura maior.
(E) Enquanto no ciclo Diesel o calor é transferido ao sistema a uma pressão constante, no ciclo Otto o calor é transferido ao sistema a um volume constante.
Passo 1
O enunciado pergunta sobre características de vários ciclos térmicos (Brayton, Otto, Rankine, refrigeração e Diesel) e pede para identificar a afirmação correta. Vamos usar conhecimentos de termodinâmica: trabalho de bomba versus compressor, eficiência do ciclo Otto, mudança de fase no Rankine, princípio do ciclo de refrigeração por vapor e modos de transferência de calor nos ciclos Otto e Diesel.
Passo 2
Analisando a opção (A): “O ciclo Brayton tem um consumo relativo de potência por parte do compressor baixo, quando comparado ao consumo relativo de potência pela bomba em um ciclo Rankine.”
Em um ciclo Rankine típico o trabalho da bomba é muito pequeno em relação ao trabalho da turbina, ou seja, o consumo relativo da bomba é quase desprezível. Já no ciclo Brayton o compressor consome uma fração significativa do trabalho gerado pela turbina. Logo, não é verdade que o compressor do Brayton consome menos relativamente que a bomba do Rankine. A opção (A) está errada.
Em um ciclo Rankine típico o trabalho da bomba é muito pequeno em relação ao trabalho da turbina, ou seja, o consumo relativo da bomba é quase desprezível. Já no ciclo Brayton o compressor consome uma fração significativa do trabalho gerado pela turbina. Logo, não é verdade que o compressor do Brayton consome menos relativamente que a bomba do Rankine. A opção (A) está errada.
Passo 3
Analisando a opção (B): “A eficiência em um ciclo Otto teórico aumenta quando se diminui a relação de compressão desse ciclo.”
Para o ciclo Otto teórico, a eficiência depende da relação de compressão segundo
Para o ciclo Otto teórico, a eficiência depende da relação de compressão
onde
é a razão de calores específicos. Quanto maior
, maior
e, portanto, maior
. Logo, reduzir a relação de compressão diminui a eficiência, não aumenta. A opção (B) está errada.
Passo 4
Analisando a opção (C): “O fluido de trabalho em um ciclo Rankine não passa por mudanças de fase em seus processos.”
No ciclo Rankine convencional o fluido (água/vapor) é bombeado no condensador como líquido, vaporizado totalmente na caldeira e depois condensado de volta, ou seja, passa por vaporização e condensação – mudanças de fase essenciais para o ciclo. A opção (C) está errada.
No ciclo Rankine convencional o fluido (água/vapor) é bombeado no condensador como líquido, vaporizado totalmente na caldeira e depois condensado de volta, ou seja, passa por vaporização e condensação – mudanças de fase essenciais para o ciclo. A opção (C) está errada.
Passo 5
Analisando a opção (D): “Os ciclos de refrigeração precisam que seu fluido passe por mudanças de fase para que ocorra a transferência de calor do ambiente de temperatura menor para o de temperatura maior.”
Os ciclos de refrigeração por compressão de vapor (os mais utilizados) realmente dependem de evaporação e condensação do refrigerante para absorver calor no evaporador e rejeitar no condensador. No entanto, existem ciclos de refrigeração a gás (como o ciclo de Brayton inverso) que não envolvem mudança de fase. Como a afirmação fala de “os ciclos de refrigeração” em geral, não se pode afirmar que toda classe de ciclo exige mudança de fase. A opção (D) não é correta de forma geral.
Os ciclos de refrigeração por compressão de vapor (os mais utilizados) realmente dependem de evaporação e condensação do refrigerante para absorver calor no evaporador e rejeitar no condensador. No entanto, existem ciclos de refrigeração a gás (como o ciclo de Brayton inverso) que não envolvem mudança de fase. Como a afirmação fala de “os ciclos de refrigeração” em geral, não se pode afirmar que toda classe de ciclo exige mudança de fase. A opção (D) não é correta de forma geral.
Passo 6
Analisando a opção (E): “Enquanto no ciclo Diesel o calor é transferido ao sistema a uma pressão constante, no ciclo Otto o calor é transferido ao sistema a um volume constante.”
No ciclo Diesel ideal a combustão (adição de calor) ocorre aproximadamente a pressão constante (processo isobárico), pois o pistão se move durante parte da injeção. No ciclo Otto ideal a combustão ocorre com o pistão praticamente travado (volume constante), caracterizando um processo isocórico. Essa descrição está correta.
No ciclo Diesel ideal a combustão (adição de calor) ocorre aproximadamente a pressão constante (processo isobárico), pois o pistão se move durante parte da injeção. No ciclo Otto ideal a combustão ocorre com o pistão praticamente travado (volume constante), caracterizando um processo isocórico. Essa descrição está correta.
Resposta
(E) Enquanto no ciclo Diesel o calor é transferido ao sistema a uma pressão constante, no ciclo Otto o calor é transferido ao sistema a um volume constante.