Sobre o tema
Usinas termelétricas a carvão convertem energia química do combustível em energia elétrica através de um ciclo termodinâmico. O rendimento real é sempre inferior ao rendimento de Carnot, que depende das temperaturas das fontes quente e fria. Questões sobre desempenho envolvem cálculos de eficiência, taxas de transferência de calor e consumo de combustível. Este problema do IME (2021) aborda conceitos fundamentais de termodinâmica aplicados a uma usina emergencial, exigindo conhecimento sobre ciclo de Carnot, eficiência relativa e balanço energético. A resolução passo a passo permite verificar cada afirmativa, combinando teoria e prática de engenharia.
Tópicos relacionados
- Ciclo de Carnot e rendimento máximo
- Eficiência relativa de motores térmicos
- Balanço energético em usinas termelétricas
- Cálculo de consumo de combustível
- Taxa de transferência de calor para fonte fria
Enunciado
: 0,25
Um engenheiro recebe a tarefa de elaborar um anteprojeto para estabelecer alguns par�metros
de desempenho referentes a uma usina termel�trica a carv�o que ser� empregada em situa��es
emergenciais. Esta usina trabalhar� segundo um ciclo termodin�mico e, em seu estudo, o enge-
nheiro estabelece as afirmativas abaixo:
Afirmativa I: Se a temperatura da fonte fria for de 300 K e se o ciclo apresentar rendimento real
correspondente a 75% do rendimento do Ciclo de Carnot associado, ent�o a temperatura da fonte
quente ser� de 750 K, para as condi��es de projeto.
Afirmativa II: A taxa de transfer�ncia de calor para a fonte fria nas condi��es de projeto ser� de
55/3 MW.
Afirmativa III: Nas condi��es de projeto, o consumo de carv�o necess�rio para garantir o funcio-
namento ininterrupto da usina durante uma semana ser� de 560 toneladas.
Condi��es de projeto:
� rendimento do ciclo: 45 %;
� calor de combust�o do carv�o: 36 kJ/g; e
� pot�ncia disponibilizada pela usina: 15 MW.
Diante do exposto, est�(�o) correta(s) a(s) afirmativa(s):
(A) I, apenas.
(B) II, apenas.
(C) I e III, apenas.
(D) I e II, apenas.
(E) I, II e III.
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Perguntas frequentes
O que é o rendimento de Carnot e por que ele é importante?
O rendimento de Carnot é o máximo rendimento teórico que um motor térmico pode atingir, operando entre duas temperaturas fixas. Ele é dado por 1 - T_fria/T_quente e serve como referência para comparar rendimentos reais.
Como calcular o consumo de carvão em uma usina termelétrica?
Consumo = Energia fornecida pelo combustível / poder calorífico. A energia fornecida é a energia útil dividida pelo rendimento. Para obter a massa, divide-se a energia térmica necessária pelo calor de combustão por unidade de massa.
Qual a relação entre potência útil, rendimento e calor rejeitado?
A potência útil (W) é igual ao calor absorvido (Q_quente) menos o calor rejeitado (Q_frio). O rendimento é W/Q_quente. Assim, Q_frio = Q_quente - W = W*(1/η - 1).