Determine o rendimento máximo (Carnot) e o trabalho máximo por quilograma de combustível para um motor que…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Determine o rendimento máximo (Carnot) e o trabalho máximo por quilograma de combustível para um motor que opera entre T_hot = 1500 K (gases de combustão) e T_cold = 300 K. Use ?_Carnot = 1 - T_c/T_h e LHV = 44×10^6 J/kg. Apresente cálculos e comente limitações práticas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
?_Carnot = 1 - T_c/T_h = 1 - 300/1500 = 0,80 ? 80%. Trabalho máximo por kg = ?·LHV = 0,80·44×10^6 = 3,52×10^7 J/kg (35,2 MJ/kg). Limitações práticas: irreversibilidades (fricção, perdas por convecção/irradiação), combustão incompleta, limitações de materiais ao calor (reduz T_hot real), perdas mecânicas e transferência de calor finita; motores reais têm eficiências muito menores (ex.: 25–45%).
Explicação
O rendimento de Carnot é calculado com base nas temperaturas do sistema, refletindo a eficiência teórica máxima de um ciclo termodinâmico. O trabalho máximo por quilograma de combustível é obtido multiplicando o rendimento pelo poder calorífico inferior, resultando em uma quantidade de energia que pode ser convertida em trabalho. As limitações práticas mencionadas são fatores que reduzem a eficiência real dos motores em comparação com o rendimento teórico.
Raio-X da questão
rendimento de Carnot
avaliacao
rendimento de Carnot · termodinâmica básica
Revisar os princípios do ciclo de Carnot e suas limitações práticas.
O aluno pode confundir a fórmula do rendimento de Carnot, aplicando incorretamente as temperaturas ou não considerando as unidades adequadas.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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