Imagine-se como engenheiro trabalhando em uma usina termelétrica que utiliza a queima de carvão para gerar eletricidade. É interessante otimizar o processo de geração de energia, tornando-o mais eficiente. O ciclo de Carnot é um modelo termodinâmico ideal que descreve a operação eficiente de máquinas térmicas reversíveis. Para a usina termelétrica, o calor gerado pela queima de carvão é utilizado para aquecer a água e gerar vapor, que aciona uma turbina para produzir eletricidade. Assim, considerando o contexto da usina termelétrica, é correto afirmar que: Escolha uma:
a. O ciclo de Carnot poderia ser aplicado para melhorar a eficiência da usina termelétrica, aumentando a diferença de temperatura entre o vapor de alta e baixa pressão.
b. A eficiência da usina termelétrica aumentaria se o ciclo de Carnot fosse aplicado apenas a temperaturas extremamente baixas.
c. O ciclo de Carnot atingiria sua máxima eficiência em usinas termelétricas que utilizam gás natural como combustível, não carvão.
d. O ciclo de Carnot não é aplicável a usinas termelétricas, pois é um modelo teórico que não se relaciona com sistemas reais.
e. A aplicação do ciclo de Carnot em usinas termelétricas só é relevante quando se utiliza energia solar como fonte de calor, não combustíveis fósseis como o carvão.
a. O ciclo de Carnot poderia ser aplicado para melhorar a eficiência da usina termelétrica, aumentando a diferença de temperatura entre o vapor de alta e baixa pressão.
b. A eficiência da usina termelétrica aumentaria se o ciclo de Carnot fosse aplicado apenas a temperaturas extremamente baixas.
c. O ciclo de Carnot atingiria sua máxima eficiência em usinas termelétricas que utilizam gás natural como combustível, não carvão.
d. O ciclo de Carnot não é aplicável a usinas termelétricas, pois é um modelo teórico que não se relaciona com sistemas reais.
e. A aplicação do ciclo de Carnot em usinas termelétricas só é relevante quando se utiliza energia solar como fonte de calor, não combustíveis fósseis como o carvão.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma questão sobre termodinâmica, especificamente sobre o Ciclo de Carnot, e como ele se aplica a uma usina termelétrica que queima carvão para gerar eletricidade. Nosso objetivo aqui é entender qual das alternativas está correta sobre a aplicação desse ciclo nesse tipo de usina. Para resolver isso, precisamos lembrar o que é o Ciclo de Carnot e como ele influencia a eficiência das máquinas térmicas.
Passo 2
Primeiro, vamos falar um pouco sobre o Ciclo de Carnot. É um modelo teórico de uma máquina térmica que opera de forma totalmente reversível, ou seja, sem perdas de energia por atrito ou outras ineficiências. Ele estabelece o limite máximo de eficiência que qualquer máquina térmica pode alcançar quando opera entre duas temperaturas: uma quente ($ T_h
T_c $).
Passo 3
A eficiência ($ \eta $) de um Ciclo de Carnot é dada pela fórmula:
onde $ T_c $ é a temperatura do reservatório frio e $ T_h $ a do reservatório quente. Isso significa que quanto maior a diferença entre $ T_h $ e $ T_c $, maior será a eficiência da máquina.
Passo 4
Agora, pensando na usina termelétrica que queima carvão, o processo envolve queimar carvão para aquecer a água e gerar vapor. Esse vapor de alta pressão aciona uma turbina, que por sua vez produz eletricidade. Então, $ T_h $ seria a temperatura do vapor de alta pressão e $ T_c $ a do vapor de baixa pressão após passar pela turbina.
Passo 5
Vamos analisar a alternativa a: “O ciclo de Carnot poderia ser aplicado para melhorar a eficiência da usina termelétrica, aumentando a diferença de temperatura entre o vapor de alta e baixa pressão.”
Pelo que vimos na fórmula da eficiência, aumentando a diferença entre $ T_h $ e $ T_c $ (ou seja, aumentando $ T_h $ e/ou diminuindo $ T_c $), a eficiência aumentaria. Portanto, aplicar o Ciclo de Carnot nesse contexto faria sentido para otimizar a eficiência da usina.
Passo 6
Vamos dar uma olhada rápida nas outras alternativas para confirmar:
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b: Fala sobre aplicar o Ciclo de Carnot em temperaturas extremamente baixas. Isso não necessariamente aumenta a eficiência; na verdade, a eficiência depende mais da diferença de temperatura do que dos valores absolutos.
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c: Menciona que o Ciclo de Carnot seria mais eficiente com gás natural. Mas o Ciclo de Carnot é um conceito termodinâmico que não depende do combustível usado.
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d: Diz que o Ciclo de Carnot não se aplica a usinas reais. Embora seja um modelo teórico, ele serve como um padrão para comparar eficiências.
-
e: Afirma que o Ciclo de Carnot só é relevante com energia solar. Isso não é verdade, já que o Ciclo de Carnot pode ser aplicado a qualquer fonte de calor, incluindo combustíveis fósseis como o carvão.
Resposta
A alternativa correta é a a.