Urna usina nuclear de energia elétrica gera 2000 MW de energia térmica a partir de reações nucleares no mícleo do reator. Essa energia é usada para ferver água e produzir vapor em alta pressão a 300ºC. O vapor, por sua vez, faz girar urna turbina que produz 700 MW de energia elétrica; depois, o vapor é condensado e a água é resfriada para 30ºC antes de iniciar o ciclo novamente. a. Qual é o máximo rendimento térmico possível dessa usina? b. Qual é o rendimento real da usina? c. A água de refrigeração proveniente de um rio flui pelo condensador (o trocador de calor a baixa temperatura) a uma taxa de 1,2 X lüx Uh. Se a água do rio entra no condensador a 18ºC, qual é sua temperatura na saída?

Passo 1

E aiii gente, tudo bom com vocês?

Então vamos resolver essa questão bem legal aqui e passo a passo pra gente tirar 10 na provinha!

Vamo lá!

A usina é tratada como um motor térmico.

Letra a:

A eficiência térmica máxima possível da usina é:

η m a x = 1 - T C T H = 1 - 303 K 573 K = 0.47 = 47 %

Passo 2

Letra b:

A eficiência real da planta é:

η = W ext Q H = 700 × 10 6 J s 2000 × 10 6 J s 0.35 = 35 %

Passo 3

Letra c:

Como Q H = Q C + W e x t ,

Q c = Q H - W e x t ⇒ Q c = 2.0 × 10 9 J s - 0.7 × 10 9 J s = 1.3 × 10 9 J s

A massa de água que flui por segundo através do condensador é:

m = 1.2 × 10 8 L h × 1 h r 3600 s × 10 - 3 m 3 1 L × 1000 k g m 3 = 3.333 × 10 4 k g

A mudança na temperatura à medida que Q C = 1.3 × 10 9 J de calor é transferido para m = 3.333 × 10 4 k g de água é calculado da seguinte forma:

Q c = m c Δ T ⇒ 1.3 × 10 9 J = 3.333 × 10 4 k g 4186 J k g K Δ T ⇒ Δ T = 9 ∘ C

A temperatura de saída é 18 ∘ C + 9 ∘ C = 27 ∘ C .

Resposta

  1. 47 %
  2. 35 %
  3. 27 ∘ C
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