Explique as limitações impostas pela segunda lei da termodinâmica ao projeto de usinas termoelétricas que…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Explique as limitações impostas pela segunda lei da termodinâmica ao projeto de usinas termoelétricas que alimentam geradores e estime, numericamente, o fluxo de calor mínimo rejeitado por uma usina que entrega P = 500 MW com reservatórios a Th = 600 K e Tc = 300 K.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
A segunda lei limita a eficiência máxima ao ciclo de Carnot: ?_C = 1 - Tc/Th = 1 - 300/600 = 0,5. Para produzir P = 500 MW a entrada térmica mínima é Q?_in = P/?_C = 500 MW / 0,5 = 1000 MW. O calor rejeitado mínimo é Q?_rej = Q?_in - P = 1000 MW - 500 MW = 500 MW. Além da limitação teórica, perdas reais aumentam a rejeição: atrito, irreversibilidades nos permutadores de calor, perdas elétricas e dissipação em componentes geradores. Para reduzir produção de entropia e calor rejeitado recomenda-se ciclos regeneratorios, aumento da temperatura de fonte (quando possível), múltiplos estágios de expansão, melhoria de trocadores e redução de perdas elétricas por melhores condutores e manutenção. Essas medidas aproximam o desempenho prático ao limite imposto pela segunda lei, mas nunca o ultrapassam.
Explicação
A resposta apresenta a aplicação da segunda lei da termodinâmica ao calcular a eficiência máxima de uma usina térmica, utilizando a relação entre as temperaturas das fontes térmicas. Além disso, realiza os cálculos necessários para determinar o fluxo de calor mínimo rejeitado, considerando a potência gerada e a eficiência teórica. Por fim, menciona as limitações práticas e as possíveis melhorias que podem ser implementadas para otimizar o desempenho da usina.
Raio-X da questão
segunda lei da termodinâmica
avaliacao
segunda lei da termodinâmica · cálculo de eficiência térmica
Revisar os princípios da segunda lei da termodinâmica e eficiência de Carnot.
O aluno pode confundir a eficiência máxima permitida pela segunda lei com a eficiência real das usinas, subestimando o fluxo de calor rejeitado.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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