Uma usina térmica fornece calor Q_in = 2,0×10^6 J por ciclo a uma turbina. O ciclo térmico converte 40% do…

Questão

Uma usina térmica fornece calor Q_in = 2,0×10^6 J por ciclo a uma turbina. O ciclo térmico converte 40% do calor em trabalho mecânico; o gerador acoplado tem eficiência eletromecânica de 90%. a) Calcule o trabalho mecânico por ciclo e a energia elétrica entregue por ciclo. b) Explique qualitativamente como o aumento da temperatura do resfriador afeta a eficiência do ciclo e a potência elétrica.

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

Resposta esperada

Cálculo: trabalho mecânico por ciclo W = ?_th·Q_in = 0,40·2,0×10^6 J = 8,0×10^5 J. Energia elétrica por ciclo E_el = ?_gen·W = 0,90·8,0×10^5 J = 7,2×10^5 J. Relação com potência: P = E_el·f (f = ciclos/s); ex.: f=1 s?¹ ? P = 7,2×10^5 W. Qualitativo: elevar a temperatura do resfriador reduz a diferença térmica do ciclo, aumenta Q_out e diminui a eficiência térmica (? = W/Q_in), portanto reduz W e, por consequência, E_el; a potência elétrica cai proporcionalmente. Perdas no gerador e variações de carga também podem reduzir a energia elétrica útil.

Explicação

O cálculo do trabalho mecânico e da energia elétrica é baseado nas eficiências térmica e eletromecânica, que determinam quanto do calor fornecido é convertido em trabalho e, subsequentemente, em eletricidade. O aumento da temperatura do resfriador reduz a eficiência do ciclo térmico, pois diminui a diferença de temperatura necessária para a conversão de energia, resultando em menor trabalho e energia elétrica gerada. Isso demonstra a importância da gestão térmica na eficiência dos sistemas de geração de energia.

Raio-X da questão

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