Lista de exercícios:
Lei da termodinâmica.
(Unicamp-SP) Com a instalação do gasoduto BrasilBolívia, a quota de participação do gás natural na geração de energia elétrica no Brasil será significativamente ampliada. Ao se queimar
de gás natural, obtém-se
de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de
. O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5000 L/s, cujas águas estão inicialmente a
. A maior eficiência teórica da conversão de calor em trabalho é dada por:
Sendo
e
as temperaturas absolutas das fontes quente e fria, respectivamente, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor específico da água: c
A) DETERMINE a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica.
B) DETERMINE o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina.
(Unicamp-SP) Com a instalação do gasoduto BrasilBolívia, a quota de participação do gás natural na geração de energia elétrica no Brasil será significativamente ampliada. Ao se queimar
A) DETERMINE a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica.
B) DETERMINE o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina.
Passo 1
Beleza, a questão fala de uma usina termoelétrica que queima gás natural e usa a 2ª lei da Termodinâmica (eficiência de Carnot) pra converter calor em trabalho.
Conteúdo: eficiência térmica máxima (Carnot), balanço de energia (Q in, trabalho W, Q rejeitado), e aquecimento de um fluxo de água.
Vamos precisar:
Conteúdo: eficiência térmica máxima (Carnot), balanço de energia (Q in, trabalho W, Q rejeitado), e aquecimento de um fluxo de água.
Vamos precisar:
- Converter temperaturas de °C pra K;
- Calcular eficiência máxima
; - Determinar a eficiência real (metade da máxima) e achar potência elétrica gerada
; - Calcular calor rejeitado
e usar pra achar o aumento de temperatura da água.
Passo 2
Primeiro a gente passa as temperaturas pra Kelvin:
- Fonte quente:
K - Fonte fria (rio):
K
Agora aplica a eficiência de Carnot:
Passo 3
A eficiência real é metade da máxima, logo
Agora a usina queima 7200 kg/h de gás, cada kg libera
J. Convertemos pra J/s (potência térmica de entrada):
Então a potência elétrica gerada é
Passo 4
O calor rejeitado no rio é
O fluxo de água é 5000 L/s = 5000 kg/s, com
J/(kg °C). O aumento de temperatura
vem de
Resposta
A) A potência elétrica gerada é
.
B) A água do rio se aquece em .
B) A água do rio se aquece em