Dissertativa 7 - 2ª Fase - Dia 2 - IME 2023

A energia geotérmica tem recebido atenção nos últimos tempos de modo a mitigar a dependência de combustíveis oriundos de fontes não renováveis. Nesta perspectiva, um grupo de pesquisadores decide aproveitar a disponibilidade de uma nascente de água quente natural para ser empregada numa situação descrita a seguir.

A água quente é resfriada através de certo processo, sendo que a taxa de calor deste resfriamento é empregada para acionar um motor térmico A, que opera em um ciclo termodinâmico. Por sua vez, a potência disponibilizada pelo motor térmico A é utilizada para acionar uma bomba B de refrigerante. Torna-se necessário escolher uma bomba hidráulica que utilize a energia da água da nascente para bombear a água, e a experiência será conduzida. Um técnico experiente afirma que é possível operar uma bomba B que se encontra em estoque, dispensando a necessidade de aquisição de nova bomba hidráulica.

Dados:

• temperatura da fonte quente associada ao ciclo do motor A: 97 ºC;

• temperatura no interior do laboratório: 27 ºC;

• degrau de temperatura da corrente de água empregada no ciclo do motor A: 22,5 ºC;

• temperatura da fonte fria do ciclo de refrigeração: –13 ºC;

• calor específico da água: 4 kJ/(kg.K);

• taxa de transferência de calor da corrente fria para o ciclo de refrigeração: 23,4 kJ/min;

• índice de aproveitamento da potência recebida pelo refrigerador do ciclo do motor A: 20%;

• rendimento do ciclo do motor A: 11/110 do possível via Ciclo de Carnot;

• rendimento do ciclo de refrigeração: 2/5 do possível via Ciclo de Carnot;

• faixa de operação da bomba B disponível em estoque: 10 W ± 20%.

Baseado nos dados listados acima e em uma análise justificada da situação descrita:

a) discuta se a afirmativa do técnico está correta;

b) calcule a taxa de transferência de calor, em W, recebida pelo ambiente do laboratório.