Projete um motor térmico ideal que forneça P_out = 200 kW úteis, usando combustível com LHV = 43,0×10^6 J/kg…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Projete um motor térmico ideal que forneça P_out = 200 kW úteis, usando combustível com LHV = 43,0×10^6 J/kg. O motor opera entre T_hot = 800 K e T_cold = 300 K. Considere eficiência de transmissão mecânica 90%. Determine a vazão mássica mínima de combustível m? (kg/s) assumindo rendimento de Carnot; discuta viabilidade técnica e identifique duas perdas práticas que exigiriam maior consumo.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Rendimento máximo (Carnot): ?_C = 1 - T_c/T_h = 1 - 300/800 = 0,625. Potência térmica necessária no motor antes de perdas de transmissão: P_motor = P_out/0,90 = 200000/0,90 = 222222 W. Fluxo de calor de entrada: Q?_in = P_motor/?_C = 222222/0,625 = 355556 W. Vazão mássica mínima: m? = Q?_in/LHV = 355556/(43,0×10^6) ˜ 8,27×10^-3 kg/s (˜29,8 kg/h). Viabilidade: valor é idealizado; rendimento de Carnot não é alcançável na prática. Perdas práticas que aumentam o consumo: irreversibilidades no ciclo (transferência de calor finita, atrito), perdas por combustão incompleta e perdas térmicas para o ambiente. Recomenda-se margem de segurança no projeto e materiais capazes de suportar T_hot próximas do limite considerado.
Explicação
O cálculo do rendimento de Carnot fornece uma base teórica para determinar a eficiência máxima do motor, permitindo calcular a potência térmica necessária e, consequentemente, a vazão mássica de combustível. A discussão sobre viabilidade técnica enfatiza que o rendimento de Carnot não pode ser atingido na prática, e as perdas identificadas são comuns em motores térmicos, aumentando o consumo de combustível. A recomendação de margem de segurança e materiais adequados é crucial para garantir a operação eficiente e segura do motor em condições reais.
Raio-X da questão
motor térmico ideal
avaliacao
rendimento de Carnot · cálculo de potência
Revisar os conceitos de eficiência de Carnot e rendimento de motores térmicos.
O aluno pode confundir a eficiência do motor com a eficiência de transmissão, levando a um cálculo incorreto da vazão mássica de combustível.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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