Projete e justifique um arranjo para converter um fluxo de calor constante de 5 W entre Th = 400 K e Tc = 300…
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
Projete e justifique um arranjo para converter um fluxo de calor constante de 5 W entre Th = 400 K e Tc = 300 K em energia elétrica para alimentar um LED de 2 W. Indique eficiência mínima teórica, potência útil esperada e medidas para reduzir perdas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Eficiência máxima de Carnot: ?c = 1 - 300/400 = 0,25 (25%). Com 5 W de calor, potência elétrica máxima ˜ 5·0,25 = 1,25 W, insuficiente para LED de 2 W. Soluções: aumentar fluxo térmico ou Th (ex.: concentrador), usar vários módulos em série/paralelo e armazenamento (bateria) para acumular energia; otimizar trocadores de calor e isolamento para reduzir perdas e melhorar rendimento real de conversores termoelétricos.
Explicação
A eficiência de Carnot estabelece um limite teórico para a conversão de calor em trabalho, indicando que, com o fluxo de calor disponível, a potência elétrica gerada seria insuficiente para alimentar o LED. A proposta de aumentar o fluxo térmico ou a temperatura da fonte quente, assim como o uso de múltiplos módulos e armazenamento de energia, são estratégias viáveis para otimizar a geração elétrica. Além disso, melhorar o isolamento e a eficiência dos trocadores de calor é crucial para minimizar perdas e maximizar a energia aproveitada.
Raio-X da questão
conversão de energia térmica
avaliacao
conversão de energia térmica · ciclo de Carnot
Revisar os princípios da termodinâmica e eficiência de conversão de energia.
O aluno pode confundir a eficiência teórica com a eficiência prática, não considerando as perdas reais no sistema.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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