Questões BNCC EM13CNT102

Uma notícia local apresentou o protótipo de uma cooperativa que reaproveita o calor da água descartada na lavagem de utensílios. Em cada ciclo, 40 kg de água residual esfriam de 60 graus Celsius para 35 graus Celsius dentro de um trocador de calor. A energia transferida é usada para aquecer 25 kg de água limpa, inicialmente a 20 graus Celsius. Uma simulação digital estima que apenas 50% do calor cedido pela água residual seja aproveitado. Considere o calor específico da água igual a 4.200 J/(kg.K) e despreze outras perdas.

Qual previsão sobre a temperatura final da água limpa avalia corretamente o funcionamento do protótipo?

Uma oficina de pintura automotiva utiliza uma estufa elétrica para secar peças. Durante o funcionamento, a temperatura interna é mantida em 70 °C, enquanto a temperatura média do ambiente é 25 °C. A área total das paredes da estufa é 18 m^2, e a taxa de perda de calor pelas paredes pode ser estimada por P = U A delta T, em que P é a potência térmica perdida, U é o coeficiente global de transmissão térmica, A é a área e delta T é a diferença de temperatura.

Atualmente, a estufa funciona 5 horas por dia, durante 250 dias por ano, e apresenta coeficiente global de transmissão térmica U = 2,4 W/(m^2 °C).

Intervenção 1: instalar isolamento feito com material reciclado, reduzindo U para 0,8 W/(m^2 °C), sem alterar o tempo de funcionamento.

Intervenção 2: instalar um controle digital de temperatura, mantendo o valor atual de U, mas reduzindo o funcionamento para 4 horas por dia.

Para as estimativas, considere que 1 kW = 1 000 W e que cada kWh de eletricidade consumida corresponde à emissão de 0,20 kg de CO2.

Elabore um parecer técnico que calcule o consumo anual associado às perdas de calor no sistema atual e após cada intervenção, compare a economia de energia e a redução das emissões de CO2, indique a alternativa mais sustentável e descreva como uma planilha e sensores de temperatura poderiam apoiar a validação das estimativas.

Em um dia quente, uma pessoa entra em um ônibus com ar-condicionado e percebe que o banco de plástico está menos desconfortável que o banco metálico, embora ambos estejam no mesmo ambiente. Após alguns minutos, os dois objetos passam a estar na mesma temperatura do ar interno.

Considerando a situação descrita, qual explicação física melhor justifica a diferença inicial de sensação ao tocar o banco metálico e o banco de plástico?

Em uma casa, duas lâmpadas LED são usadas todos os dias. Cada uma tem potência de 10 W e permanece acesa por 5 horas diárias. A conta de energia considera o consumo em quilowatt-hora (kWh).

Com base na situação descrita, qual é a grandeza física que melhor representa o gasto mensal associado ao uso dessas lâmpadas?

— Durante os apagões, não podemos depender do gerador a diesel para conservar o pescado — afirmou a coordenadora de uma cooperativa ribeirinha. No cenário hipotético, a câmara frigorífica deve permanecer entre 2 graus e 8 graus durante interrupções de 10 h. Medições indicaram uma taxa total de entrada de calor de 45 W, proveniente das paredes, das aberturas necessárias e dos produtos recém-armazenados.

Como intervenção, serão inseridos módulos de material de mudança de fase (PCM), previamente solidificados quando o compressor reduz a câmara a 2 graus. Durante o apagão, o PCM deverá fundir, absorvendo calor sem elevar significativamente sua temperatura. Para o dimensionamento, usam-se Q = P t e Q_lat = m L, com t em s, m em kg e L em J/kg. Considere 1 h = 3600 s. A escolha deve evitar perdas de pescado e reduzir o acionamento do gerador.

Analise as condições de temperatura e a energia térmica recebida durante o apagão para identificar a especificação de PCM que atende ao funcionamento sustentável da câmara.

Por que liberar na atmosfera o ar quente dos fornos, se parte dessa energia pode substituir eletricidade no preparo de água? Uma padaria instalou um trocador de calor no duto de exaustão. A cada hora, 120 kg de gases do forno entram no equipamento a 453 K e saem a 353 K. A água, inicialmente a 293 K, circula por um reservatório de 200 kg. Considerando c dos gases igual a 1,0 x 10^3 J/(kg K), c da água igual a 4,0 x 10^3 J/(kg K), ausência de mudança de estado e aproveitamento de 75 por cento do calor cedido pelos gases, o responsável estimou o desempenho do protótipo. O calor transferido pode ser obtido por Q = m c (Tfinal - Tinicial). A água aquecida será usada na limpeza, reduzindo o funcionamento de um aquecedor elétrico.

Interprete os dados do protótipo e preveja a temperatura aproximada da água ao final de uma hora de operação.

'Cada bloco de gelo que não derrete durante o transporte reduz o descarte de água e o custo dos feirantes', observou uma técnica de uma cooperativa que distribui frutas em caixas térmicas reutilizáveis. Para substituir caixas de isopor, foram avaliadas paredes de mesma área, A = 1,5 m^2, mantidas com o interior a 8 graus Celsius e expostas ao ar externo a 32 graus Celsius. Todas receberão acabamento branco, de modo que a escolha se concentre na condução térmica pela parede. A cooperativa estabeleceu que a potência térmica recebida por cada caixa deve ser menor ou igual a 40 W, diminuindo a quantidade de gelo necessária. Para estimar essa potência, será usado o modelo P = k x A x delta T / L, em que k é a condutividade térmica do material, em W/(m x K), e L é a espessura da parede, em m.

Analise os dados do texto e identifique a composição de parede que atende à meta de reduzir a entrada de calor na caixa térmica.

Em um estudo sobre a mucosa intestinal, pesquisadores observaram que, após inflamação, algumas substâncias passaram com mais facilidade entre células vizinhas, aumentando a irritação do tecido. O relatório apontou que a integridade de uma estrutura de adesão entre essas células foi comprometida.

Com base no texto-base, qual estrutura celular explica o controle da passagem de substâncias entre células vizinhas nesse tecido?