1 Questões Resolvidas e Comentadas Engenheiro de Equipamentos PETROBRAS
Questões Resolvidas e Comentadas Engenheiro de Equipamentos PETROBRAS
Apresentação 3 Este material foi desenvolvido para todos os candidatos ao concurso da Petrobrás da área técnica mecânica. Ficha Catalográfica DIAS, Antonio Ronaldo Costa. Engenheiro de Petróleo Jr. Joinville: Vencer Editorial, 018. www.vencereditorial.com.br Autorizo a reprodução parcial deste material desde que seja citada a fonte. Qualquer observação, contribuição ou crítica a respeito deste material de estudo pode ser encaminhado para os seguintes e-mails: vencereditorial@gmail.com Prof. Antonio Ronaldo Costa Dias Engenheiro Mecânico
Engenheiro de Petróleo Jr. 4 Copyright by Vencer Editorial Engenharia Mecânica 1 a Edição 018
Meu canal no Youtube Inscreva-se!! 5 Viste um homem perito em sua obra? Perante reis será posto, não perante a plebe. (Provérbios :9)
Prefácio 6 Qualquer observação, contribuição ou crítica a respeito deste material de estudo pode ser encaminhado para os seguintes e-mails: vencereditorial@gmail.com vencereditorial@hotmail.com
7. Viste um homem perito em sua obra? Perante reis será posto, não perante a plebe. (Provérbios :9)
8 Sumário ENGENHEIRO DE EQUIPAMENTOS JÚNIOR... 9 REFERÊNCIAS... 86
ENGENHEIRO DE EQUIPAMENTOS JÚNIOR 9 Considere um esforço axial de 36.000 N em uma barra metálica com módulo de elasticidade de 10 GPa, seção quadrada de 30 mm de lado e comprimento igual a 1050 mm. Nestas condições, o alongamento em mm, é igual a: (A) 0,0 (B) 0,35 (C) 0,40 (D) 0,55 (E) 0,60 Resolução De acordo com a lei de Hooke Lembre-se que =. e = = 30.30 = 900 Substituindo =. Rearranjando = =.. 36000.1,05 10.10 = 0,0000 = 0,0.900.10 Alternativa (A) Correta
Considere as informações a seguir acerca das propriedades termodinâmicas e da segunda lei aplicada a ciclos e processos. A entropia pode aumentar ou diminuir ao longo de um processo termodinâmico irreversível. A entropia permanece constante durante um processo termodinâmico adiabático. A segunda lei da termodinâmica descreve a conservação da entropia e determina quando um processo termodinâmico pode ocorrer na natureza. O coeficiente de desempenho de um refrigerador de Carnot pode ser maior do que a unidade. Está (ão) correta(s) a(s) afirmativa(s): II, apenas. I e III, apenas. I e IV, apenas. II e III, apenas. II e IV, apenas. Resolução Alternativa (C) Correta A afirmação (I) está correta, a entropia pode sim, aumentar ou diminuir ao longo de um processo termodinâmico irreversível. Por exemplo: - A entropia pode aumentar através da transferência de calor para o sistema ou pela presença de irreversibilidades que geram entropia. - A entropia pode ser diminuída através da transferência de calor do sistema para a vizinhança. A afirmação (II) está incompleta, observamos através da fórmula da variação da entropia num processo adiabático e reversível (informação faltante). 10 S S 1 δq = T 1 rev Num processo adiabático δ Q = 0 então S = S1 (isentrópico reversível) A afirmação (III) está incorreta, pois, afirma que a segunda lei da termodinâmica determina a variação de entropia e não a conservação de entropia de um sistema que é a propriedade deste mesmo sistema. E não determina quando um processo termodinâmico pode ocorrer na natureza. A afirmação (IV) está correta, pois, analisando a fórmula do coeficiente de desempenho ou coeficiente de performance (COP) como alguns autores chamam:
Energia. pretendida QL β = = Energiagasta. W QL = Q Q H L 11 Podemos afirmar com certeza que pode sim, ser maior do que a unidade. Portanto (I) e (IV) estão corretas, Alternativa (C) é a correta.
O coeficiente de desempenho do refrigerador que requer a menor potência para manter uma temperatura interna de -3C para uma temperatura externa de 7C é (A) - 4 / 3 (B) - 3 / 4 (C) 50 / 3 (D) 5 (E) 6 Resolução Alternativa (D) Correta 1 Caros candidatos, este exercício é facilmente resolvido com a fórmula do coeficiente de desempenho ou coeficiente de performance (COP) como alguns autores chamam, fiquem atentos e passe a temperatura de Celsius para Kelvin primeiramente... QL é a temperatura da fonte fria e QH é a temperatura da fonte quente, substituindo. =!! "# = $ % 3 + 73 = $ & $ % *7 + 73+ * 3 + 73+ = 50 50 = 5 Alternativa (D) Correta
13 3 A figura acima ilustra uma linha hidráulica que conduz um fluido da estação (1) à estação (), onde é despejado para a atmosfera. Considere válidas as hipóteses associadas à equação de Bernoulli modificada p1 V 1 p z1 + + H L = z + + γ g γ V g Onde z é a cota de elevação, p é a pressão manométrica, V é a velocidade, γ é o peso específico do fluido e HL é o comprimento equivalente de linha associado às perdas. Se as áreas nas estações (1) e () são iguais, g= 10 m/s, h = 5 m, γ = 8000 N/m 3 e HL = m, a pressão p1, em kpa, necessária para movimentar o fluido a uma vazão Q em regime permanente é: 40 48 56 64 7 Resolução Alternativa (C) Correta Para resolvermos esta questão recorremos ao teorema de Bernoulli, onde: Z1=0 Z=5 m HL = m (Comprimento equivalente da linha) V1 = V = 0 (Cancelamos os dois lados, pois a velocidade de entrada e saída são iguais)
A fórmula será reduzida à: 14 z z 1 + H L = p 1 p γ p1 p 5 + = daí... p1 p = 8000.(7) 8000 Como queremos a variação de pressão entre o nível 1 e nível, realizando os cálculos... p = 56.10 3 N/m ou 56 kpa Alternativa (C) Correta
4 A válvula gaveta de uma linha de produção de um poço de petróleo submerso no mar é acionada por um sistema hidráulico de controle que deve fornecer uma pressão manométrica de acionamento de 15 MPa. Considerando que o poço está a uma profundidade de 1000 m, a massa específica do óleo é 1000 kg/m 3 g = 10 m/s e as perdas de carga da linha são desprezíveis, é correto afirmar que a pressão disponibilizada na linha na superfície, ao nível do mar, em MPa, vale: (A) 5 (B) 10 (C) 15 (D) 0 (E) 5 Resolução: Primeiro vamos reunir os dados do problema, vamos utilizar a mesma fórmula utilizada no problema anterior, equação de Bernoulli. p1 = 15.10 6 N/m (Consideramos o nível 1, o nível inferior no fundo do oceano) z z1 = 1000 m (Desnível em relação a cota inferior e superior) HL = 0 (Perdas de carga desprezíveis) V1 = V (Cancelamos as duas variáveis da velocidade de entrada e saída, pois são iguais). O candidato deve ser muito atento, pois a massa especifica foi dada como 1000 kg/m 3, mas observamos que na fórmula de Bernoulli temos o peso específico em kn/m 3. Basta multiplicar o valor da massa específica por 10. p1 V 1 p z1 + + H L = z + + γ g γ V g 15 15.10 6 p = 10.10 6 15.10 6 10.10 6 = p p = 5.10 6 ou 5 Mpa Alternativa (A) Correta
5 O lado interno de uma parede encontra-se a 5C enquanto que o seu lado externo está submetido a uma interação com o ar ambiente cujos valores de coeficiente de filme e temperatura, valem, respectivamente, 10 W/m C e 35C. Sabe-se também que o fluxo de calor que atravessa a parede é de 50 W/m e que sua condutividade térmica é igual a 0,7 W/m C. Assim, a espessura da parede, em cm, é igual à: (A) 0,1 (B) 0, (C) 1 (D) (E) 7 16 Resolução Temos um caso clássico de transferência de calor e massa envolvendo condução e convecção. Quando o enunciado diz em coeficiente de filme, ele quer dizer coeficiente de transferência de calor por convecção (h). O enunciado também cita o fluxo de calor por convecção por unidade de área (não utilizamos este dado na resolução do problema). Pela lei de Fourier T q" = k. 1 T L ( W / m ) T1 é a temperatura interna e T é a temperatura externa (pode ser em Kelvin ou Celsius dependendo da constante k), pela equação da convecção, temos: q s " = h.( T T ) Temos que Igualar as duas equações, porque o enunciado diz que os dois fenômenos se interagem. h.( T s ( T T ) = k. T ) L 1 Cancelando e fazendo as simplificações 0,7 L = = 0, 07m = 7 cm 10 Alternativa (E) Correta
6 Considere um trocador de calor bitubular operando na situação de fluxo concorrente. O fluido interno escoa com uma vazão de kg/s e tem um calor específico de 4000 J/kg C, enquanto que a vazão e o calor específico da corrente externa valem, respectivamente, 1 kg/s e 000 J/kg C. Sabendo que as temperaturas de entrada dos fluidos, interno e externo valem, respectivamente, 60 e 5 C, a temperatura de equilíbrio, em C, das correntes é: (A) 40 (B) 4,5 (C) 50 (D) 53 (E) 55 Resolução Para o candidato atento, ele percebe que este é um caso de troca de calor sensível no interior do permutador, já que não há mudança de fase nos dois fluidos. A situação de fluxo concorrente quer dizer que os dois fluidos possuem sentidos contrários no interior do trocador de calor. Um dos fluidos perde calor (-q) e outro fluido recebe calor (+q) O fluido 1 perde calor, =.-.*. /01343. 53í43 + 17 O fluido ganha calor, = +.-.*. /01343. 53í43 + Igualando as duas equações e efetuando os cálculos, queremos a temperatura de saída do fluido(ts), já que a temperatura de entrada foi informada no enunciado -.(4000)(60-Ts) = 1.(000).(5-Ts) 10000.Ts = 53000 então Ts = 53 C Alternativa (D) Correta
18 7 O eixo do dispositivo mostrado na figura acima transmite potência de uma engrenagem de dentes retos para uma polia. Considere que a força F constante atuante na engrenagem esteja na horizontal e que os mancais A e B possam ser representados por apoios simples. O trecho AB do eixo fica sujeito a um estado de tensões tal que, na superfície do eixo, as tensões normais de flexão e as tensões cisalhantes devidas à torção, respectivamente, são: constantes e constantes alternadas e alternadas alternadas e constantes nulas e constantes nulas e alternadas Resolução De acordo com o livro Elementos de Máquinas de Joseph E. Shigley, qualquer árvore, submetida a momentos fletores e torçores constantes, sofrerá a ação de tensões alternadas devidas ao momento fletor, causadas pela rotação da árvore, porém as tensões devidas ao momento torçor permanecerão constantes. Resumindo Tensão normal de flexão Tensões alternadas Tensão cisalhante de torção Tensões constantes Alternativa (C) Correta
8 As características geométricas das seções transversais dos elementos prismáticos são determinantes para a definição das resistências de peças e componentes mecânicos. Assim é correto afirmar que a peça prismática será mais resistente à: (A) Torção quanto maior a área de sua seção transversal. (B) Solicitação axial quanto maior a dimensão de sua seção transversal. (C) Solicitação axial quanto maior o momento de inércia de sua seção transversal. (D) Flexão quanto maior a área de sua seção transversal. (E) Flexão quanto maior o momento de inércia de sua seção transversal. 19 Resolução Uma questão bem elaborada e que necessita de muita atenção para chegar a resposta correta. Alternativa (A) Incorreta: Para que uma peça prismática seja mais resistente à torção ela deve possuir uma maior Alternativa (B) Incorreta: Para que uma peça prismática seja mais resistente à solicitação axial (flambagem) ela deve possuir uma maior Alternativa (C) Incorreta: Para que uma peça prismática seja mais resistente à solicitação axial (flambagem) ela deve possuir uma maior Alternativa (D) Incorreta De acordo com a teoria a resistência de uma peça prismática está inversamente proporcional com o módulo (W) de flexão da barra. Quanto maior a área de seção transversal da barra, menor a sua resistência à flexão pura. Alternativa (E) Correta
A resistência à flexão depende bastante do momento de inércia de sua seção transversal. O momento de inércia de uma área tem origem sempre que é feita a relação entre a tensão normal, σ (sigma), ou força por unidade de área que atua na seção transversal de uma viga elástica, e o momento externo aplicado, que causa curvatura na viga. 0 9 Considerando que as características físicas e geométricas da viga prismática mostrada na figura acima sejam conhecidas, é correto afirmar que a viga é estaticamente indeterminada por que: (A) As suas extremidades têm cada uma, um apoio. (B) As reações de apoio não podem ser obtidas exclusivamente pelas condições de equilíbrio estático. (C) As duas forças iguais e contrárias que atuam sobre ela formam um binário. (D) As forças atuantes transversalmente à viga estão no plano da figura. (E) O apoio da extremidade B não reage às solicitações axiais. Resolução Alternativa (A) Incorreta: O fato de as extremidades terem cada uma um apoio não comprova que a viga é estaticamente indeterminada. De acordo com o livro Resistência dos Materiais de Ferdinand P. Beer os princípios da estática se baseiam na hipótese de sistema rígidos e indeformáveis e esta viga é estaticamente indeterminada porque as reações de apoio e as forças internas não podem ser determinadas apenas pela estática. Alternativa (C) Incorreta: De fato as duas forças formam um binário, mas isso não é justificativa para a viga ser estaticamente indeterminada. Alternativa (D) Incorreta: As forças atuantes não estão no plano da figura Alternativa (E) Incorreta: Sim, isto realmente é verdadeiro, porém não é justificativa para a barra em questão ser estaticamente indeterminada. Alternativa (B) Correta