Questão de Engenharia Mecânica · FGV PCERJ 2021 (nº 37)

Uma máquina térmica, como o ciclo de Rankine, transforma calor em trabalho. A eficiência térmica indica o quão bem ela faz isso, sendo maior quanto maior a temperatura média em que o calor é adicionado e menor a temperatura média em que o calor é rejeitado.

(A) Correta: Diminuir a pressão de exaustão da turbina significa que o vapor condensa a uma temperatura mais baixa no condensador. Isso reduz a temperatura média de rejeição de calor (T_baixa), aumentando a diferença de temperatura entre a adição e a rejeição de calor, o que eleva a eficiência do ciclo. A ressalva "evitando valores abaixo da pressão atmosférica" é uma consideração prática para evitar entrada de ar no sistema, mas não anula o benefício termodinâmico de pressões de condensação mais baixas.

(B) Incorreta: Diminuir a pressão na caldeira reduz a temperatura na qual o calor é adicionado ao ciclo. Como a eficiência aumenta com a maior temperatura média de adição de calor (T_alta), diminuir a pressão da caldeira geralmente diminui a eficiência.

(C) Incorreta: "Resfriar o vapor na caldeira" é uma contradição de termos, pois a caldeira serve para aquecer e vaporizar o fluido. Se a intenção for reduzir a temperatura do vapor que sai da caldeira, isso diminuiria a temperatura média de adição de calor e, consequentemente, a eficiência.

(D) Incorreta: O líquido que sai da bomba já está na menor temperatura possível para a pressão de descarga (geralmente líquido saturado ou sub-resfriado do condensador). Resfriá-lo ainda mais antes da caldeira exigiria mais calor para atingir a temperatura de vaporização, sem um ganho correspondente na temperatura média de adição de calor, podendo até reduzir a eficiência ou ser termodinamicamente desvantajoso.

(E) Incorreta: Aumentar a temperatura média na qual o calor é rejeitado no condensador significa que o ciclo está descartando energia a uma temperatura mais alta. Isso diminui a diferença entre a temperatura de adição e rejeição de calor, resultando em uma menor eficiência térmica.