Uma usina termelétrica opera com vapor gerado pela caldeira a
, rejeitando o calor no condensador a
.
(a) Qual o máximo trabalho elétrico gerado pela usina, por joule de calor extraído da queima de carvão na caldeira?
R.:
(a) Qual o máximo trabalho elétrico gerado pela usina, por joule de calor extraído da queima de carvão na caldeira?
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem uma usina termelétrica que está operando com vapor gerado a
e rejeita o calor no condensador a
. O que a gente precisa descobrir é qual é o trabalho elétrico máximo que essa usina pode gerar por cada joule de calor que é extraído da queima de carvão na caldeira. Para resolver isso, vamos usar conceitos de Termodinâmica, especificamente a eficiência de uma máquina térmica de Carnot.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar que a eficiência máxima de uma usina térmica é dada pela eficiência de Carnot. A eficiência de Carnot (
) é a proporção do calor absorvido que pode ser convertido em trabalho, e é calculada pela fórmula:
Onde:
-
é a temperatura da caldeira (em Kelvin). -
é a temperatura do condensador (em Kelvin).
Passo 3
Antes de usar a fórmula, precisamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin. Sabemos que:
Então:
Passo 4
Agora, substituímos essas temperaturas na fórmula da eficiência de Carnot:
Passo 5
A eficiência nos diz quanto do calor absorvido (nesse caso, a que vem da queima do carvão) pode ser convertido em trabalho. Então, se temos 1 joule de calor extraído, o trabalho máximo que podemos obter é:
Resposta
O máximo trabalho elétrico gerado pela usina é aproximadamente
por joule de calor extraído da queima de carvão na caldeira.
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Supondo que a pressão é constante e igual a 1 atm , calcule:
(b) a variação de entropia do universo decorrente dessa transformação, considerando o meio externo como um reservatório térmico a 300 K .
Dados: para o alumínio sólido, mol, massa molar
.
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)
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Considere a caldeira e o condensador como reservatórios térmicos.
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