Questão 7

(IME 2022/2023 - 2ª fase)

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 na 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 operar um ciclo de refrigeração. Torna-se necessário selecionar uma bomba hidráulica que transporte a água da nascente para o laboratório onde a experiência será conduzida. Um técnico experiente afirma que é possível aproveitar uma bomba B que se encontra em estoque, dispensando a necessidade de aquisição de outra bomba hidráulica.

Dados:

• temperatura da fonte quente associada ao ciclo do motor A: 97 °C;
• temperatura no interior do laboratorio: 27 °C;
• queda de temperatura da corrente de agua empregada no ciclo do motor A: 22,5 °C;
• temperatura da fonte fria do ciclo de refrigeração: -13 °C;
• calor específico da água: ;
• taxa de transferência de calor da fonte 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: 111/210 do poss´ıvel 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: 6 kg por minuto ±20%.

Baseado nos dados listados acima e em uma analise 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.