A usina termelétrica a carvão é um dos tipos de unidades geradoras de…
Gabarito: C
O funcionamento de uma usina termelétrica baseia-se na conversão sucessiva de formas de energia, geralmente seguindo o ciclo de Rankine. O processo pode ser descrito nas seguintes etapas fundamentais:
Enunciado
A usina termelétrica a carvão é um dos tipos de unidades geradoras de energia elétrica no Brasil. Essas usinas transformam a energia contida no combustível (carvão mineral) em energia elétrica. Em que sequência ocorrem os processos para realizar essa transformação?
Alternativas
- A)
A usina transforma diretamente toda a energia química contida no carvão em energia elétrica, usando reações de fissão em uma célula combustível.
- B)
A usina queima o carvão, produzindo energia térmica, que é transformada em energia elétrica por dispositivos denominados transformadores.
- C)
A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para transformar água em vapor. A energia contida no vapor é transformada em energia mecânica na turbina e, então, transformada em energia elétrica no gerador.
Resposta correta - D)
A queima do carvão produz energia térmica, que é transformada em energia potencial na torre da usina. Essa energia é então transformada em energia elétrica nas células eletrolíticas.
- E)
A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para aquecer água, transformando-se novamente em energia química, quando a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio, gerando energia elétrica.
Resolução comentada
GABARITO: C
O funcionamento de uma usina termelétrica baseia-se na conversão sucessiva de formas de energia, geralmente seguindo o ciclo de Rankine. O processo pode ser descrito nas seguintes etapas fundamentais:
- Combustão: A energia química armazenada nas ligações do carvão mineral é liberada na forma de energia térmica (calor) através da queima.
- Mudança de Estado: O calor da combustão aquece a água em uma caldeira até que ela se transforme em vapor sob alta pressão.
- Energia Mecânica: O vapor em alta pressão é direcionado para as pás de uma turbina. Ao passar pela turbina, o vapor se expande e realiza trabalho, convertendo sua energia térmica/cinética em energia mecânica de rotação (cinética).
- Energia Elétrica: O eixo da turbina está acoplado a um gerador elétrico. Pelo fenômeno da indução eletromagnética (Lei de Faraday), o movimento de rotação é convertido em energia elétrica.
Análise das alternativas:
- Incorreta. O aluno confunde o processo químico de combustão com o processo nuclear de fissão (quebra de núcleos pesados como o Urânio) ou com a tecnologia de células a combustível. Por exemplo: o aluno supõe que a eficiência de conversão direta é de sem perdas térmicas intermediárias, ignorando a Segunda Lei da Termodinâmica.
- Incorreta. O aluno confunde a função do transformador com a do gerador. Enquanto o gerador converte energia mecânica em elétrica, o transformador apenas altera os níveis de tensão e corrente seguindo a relação , sem realizar a conversão de formas de energia primária.
- Correta. Descreve perfeitamente a sequência: Química (combustão) → Térmica (calor/vapor) → Mecânica (turbina) → Elétrica (gerador).
- Incorreta. O aluno tenta aplicar o conceito de energia potencial gravitacional , típico de usinas hidrelétricas, ao contexto de uma termelétrica. Por exemplo: ele calcula o trabalho baseado na altura da torre em vez da variação de entalpia do fluido de trabalho.
- Incorreta. O aluno imagina que o calor é usado para realizar a eletrólise da água. Para separar a água em hidrogênio e oxigênio, seria necessário fornecer energia (processo endotérmico de aproximadamente ), o que consumiria a energia produzida em vez de gerá-la.