Um ciclo de potência que opera em regime permanente recebe energia por transferência de calor a uma taxa dotQH a TH=1000 K e rejeita energia por transferência de calor para um reservatório frio a uma taxa dotQC a TC=300 K. Para cada um dos seguintes casos, determine se o ciclo opera de modo reversível, ou de modo irreversível ou se é impossível.
dotQH=500 kW, dotQC=200 kW

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um ciclo de potência operando em regime permanente que recebe e rejeita calor em dois reservatórios com temperaturas diferentes. A gente precisa descobrir se esse ciclo funciona de forma reversível, irreversível ou se é até impossível. Para resolver isso, vamos usar conceitos de Termodinâmica, especialmente relacionados à eficiência de ciclos térmicos e à eficiência de Carnot.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a eficiência ( eta) de um ciclo térmico é dada pela relação entre o trabalho realizado ( W) e o calor absorvido ( dotQH):
eta = WdotQH
Como o ciclo está operando em regime permanente, o trabalho realizado é a diferença entre o calor absorvido e o calor rejeitado:
W = dotQH - dotQC

Passo 3

Substituindo os valores dados:
W = 500, kW - 200, kW = 300, kW
Então, a eficiência do ciclo é:
eta = 300, kW500, kW = 0,6 ou 60%

Passo 4

Agora, vamos calcular a eficiência máxima possível para essas temperaturas usando a eficiência de Carnot ( etaCarnot), que é:
etaCarnot = 1 - TCTH
Substituindo as temperaturas:
etaCarnot = 1 - 300, K1000, K = 0,7 ou 70%

Passo 5

Comparando as duas eficiências:
eta = 60% < etaCarnot = 70%
Isso significa que o ciclo está menos eficiente do que o ciclo de Carnot, que é o ciclo reversível mais eficiente possível entre essas duas temperaturas.

Passo 6

Como a eficiência do ciclo real é menor que a eficiência de Carnot, sabemos que há irreversibilidades no processo. Portanto, o ciclo opera de forma irreversível.

Resposta

O ciclo opera de modo irreversível.

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