Explique quantitativamente como o aumento do rendimento térmico ?_th afeta a massa de combustível necessária…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Explique quantitativamente como o aumento do rendimento térmico ?_th afeta a massa de combustível necessária para gerar energia elétrica E_el = 2,00×10? J por dia. Considere alternador com eficiência ?_e = 0,90 e combustível com LHV = 4,50×107 J/kg. Calcule a massa diária de combustível para (a) ?_th = 0,30 e (b) ?_th = 0,45, e discuta implicações físicas e ambientais.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: energia elétrica exigida E_el = 2,00×10? J; energia térmica necessária E_th = E_el/?_e = 2,00×10?/0,90 = 2,222...×10? J. (a) Para ?_th = 0,30: energia do combustível = E_th/?_th = 2,222×10?/0,30 = 7,407×10? J. Massa m = energia/LHV = 7,407×10?/4,50×107 ˜ 164,6 kg. (b) Para ?_th = 0,45: energia do combustível = 2,222×10?/0,45 = 4,938×10? J. Massa m = 4,938×10?/4,50×107 ˜ 109,7 kg. Redução de massa ˜ 164,6-109,7 = 54,9 kg (~33% menos combustível) ao aumentar ?_th de 30% para 45%. Discussão: ganhos de rendimento reduzem energia consumida e emissões por unidade de energia elétrica; investimentos em eficiência podem ter retorno por economia de combustível e menor emissão de poluentes/CO2. Limites práticos surgem de perdas inevitáveis (segunda lei) e custos tecnológicos; calcular custo-benefício e emissões por kg de combustível permite avaliação completa.
Explicação
A explicação envolve a relação entre rendimento térmico, energia térmica necessária e a massa de combustível, demonstrando que um aumento no rendimento reduz a energia requerida do combustível, resultando em menor massa necessária. Os cálculos mostram claramente a diminuição da massa de combustível ao aumentar o rendimento térmico, evidenciando a eficiência do sistema. Além disso, a discussão sobre implicações físicas e ambientais ressalta a importância de investimentos em eficiência energética para reduzir emissões e custos operacionais.
Raio-X da questão
rendimento térmico e massa de combustível
avaliacao
rendimento térmico · massa de combustível
Revisar os conceitos de rendimento térmico e eficiência em sistemas térmicos.
O aluno pode confundir a relação entre rendimento térmico e a quantidade de combustível, não considerando que um maior rendimento reduz a massa necessária.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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