Proponha e justifique um projeto de máquina térmica que forneça potência média P = 1,00×10^5 W a partir da…

Questão

Proponha e justifique um projeto de máquina térmica que forneça potência média P = 1,00×10^5 W a partir da queima contínua de combustível com LHV = 4,20×10^7 J/kg consumido à taxa ? = 5,00×10^-3 kg/s. Indique o rendimento mínimo exigido ?_min, calcule a eficiência se o ciclo operar a 60% do rendimento máximo de Carnot entre T_hot = 1600 K e T_cold = 300 K, e conclua sobre viabilidade técnica.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Solução modelo: 1) Taxa de calor disponível: Q?_in = ?·LHV = (5,00×10^-3 kg/s)(4,20×10^7 J/kg) = 2,10×10^5 W. 2) Rendimento mínimo exigido: ?_min = P / Q?_in = 1,00×10^5 / 2,10×10^5 = 0,476 ˜ 47,6%. 3) Rendimento máximo de Carnot: ?_C = 1 - T_c/T_h = 1 - 300/1600 = 0,8125 (81,25%). 4) Eficiência proposta (60% de Carnot): ?_prop = 0,60·?_C = 0,60·0,8125 = 0,4875 = 48,75%. 5) Verificação de viabilidade: ?_prop (48,75%) > ?_min (47,6%), portanto, do ponto de vista energético a proposta é viável, com margem de ˜1,15 pontos percentuais. Comentários técnicos: essa margem é pequena; perdas adicionais (transmissão, atritos, controle) podem inviabilizar sem otimizações; recomenda-se considerar segurança técnica e medidas de recuperação térmica.

Explicação

A solução apresentada calcula a taxa de calor disponível a partir do combustível e determina o rendimento mínimo necessário para atender à potência requerida. Em seguida, compara a eficiência proposta com o rendimento mínimo, mostrando que a proposta é viável energeticamente. A análise também considera a necessidade de otimizações devido à margem pequena entre a eficiência proposta e o rendimento mínimo.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Projete um motor térmico ideal que forneça P_out = 200 kW úteis, usando combustível com LHV = 43,0×10^6 J/kg. O motor…
• (Dissertativa) Projete um ciclo simples em que se exige trabalho mecânico W = 5,0×10^5 J por ciclo obtido da combustão…
• Considere uma máquina térmica de referência (Carnot) entre T_cold = 300 K e T_hot = 800 K. (a) Calcule o rendimento de…
• Determine o rendimento máximo (Carnot) e o trabalho máximo por quilograma de combustível para um motor que opera entre…
• Um motor a combustão consome massa de combustível m? = 1,50×10^-3 kg/s com poder calorífico inferior LHV = 44×10^6 J/kg…
• Um grupo gerador fornece 500 kW elétricos contínuos a uma comunidade por 24 h/dia. O alternador tem rendimento ?_e = 95%…

Todas as questões de Sistemas Térmicos e Sustentabilidade