(4) 2. (2,0 pt) Uma máquina de Carnot tem potência de saída de 120 kW e opera entre dois reservatórios a
e
. a) Qual a quantidade de energia que entra na máquina por calor-por hora e qual a quantidade de energia que é perdida por calor a cada hora? b) É possível uma máquina térmica operar entre estes dois reservatórios com uma eficiência de
? Se necessário, explique suas respostas.
Passo 1
O enunciado descreve uma máquina de Carnot que entrega potência útil de
,kW e opera entre os reservatórios a
e
.
Conteúdo: ciclo de Carnot, eficiência térmica e balanço de energia.
Precisamos (a) calcular a energia que entra por calor e a que sai por rejeição de calor a cada hora; (b) verificar se é possível ter eficiência de .
Conteúdo: ciclo de Carnot, eficiência térmica e balanço de energia.
Precisamos (a) calcular a energia que entra por calor e a que sai por rejeição de calor a cada hora; (b) verificar se é possível ter eficiência de
Passo 2
Para uma máquina de Carnot, a eficiência máxima é
onde as temperaturas devem estar em kelvin. Convertendo:
Logo
Passo 3
A potência útil é
,kW. Como
temos a vazão de calor de entrada
Em uma hora (
s), a energia fornecida por calor é
Passo 4
A rejeição de calor por segundo é
Em uma hora, a energia rejeitada é
Passo 5
Para conferir a viabilidade de
, comparamos com
.
Como , essa eficiência excederia a eficiência de Carnot e violaria a segunda lei da termodinâmica. Logo, não é possível operar com
entre esses reservatórios.
Como
Resposta
a) Energia por calor que entra em uma hora: aproximadamente
,MJ.
Energia rejeitada por calor em uma hora: aproximadamente ,MJ.
b) Não é possível alcançar eficiência de porque excede a eficiência de Carnot (
).
Energia rejeitada por calor em uma hora: aproximadamente
b) Não é possível alcançar eficiência de