Questões BNCC EM13CNT102

Cerca de 1/3 da conta de luz de pequenas mercearias pode estar ligada a equipamentos de refrigeração. Em um freezer horizontal, o compressor precisa retirar o calor que entra principalmente por condução pelas paredes. Para uma estimativa simples, o dono considera uma área total de troca A = 1,5 m^2, temperatura interna de -10 °C e ambiente a 20 °C. O isolamento atual é uma camada de poliuretano de espessura L = 2,0 cm, cuja condutividade térmica é k = 0,02 W/(m·K). Ele usa o modelo P = k·A·(DeltaT)/L para comparar intervenções antes de investir em mudanças que reduzam o consumo elétrico.

Analise os dados e o modelo do texto e conclua qual intervenção faz a potência térmica P que atravessa as paredes cair para aproximadamente a metade do valor atual.

O calor intenso no início da tarde tem levado moradores a aumentar o uso de ar-condicionado em residências de um bairro com poucas áreas arborizadas. Um grupo comunitário discutiu uma intervenção simples: pintar os telhados para diminuir o aquecimento interno, reduzindo consumo de eletricidade.

Para avaliar a ideia, considerou-se uma casa com telhado de área aproximada A = 40 m^2. Em dias típicos sem nuvens, a irradiância solar média sobre o telhado nesse período é I = 800 W/m^2. Telhas escuras absorvem cerca de 0,75 da radiação incidente, enquanto a tinta branca absorve cerca de 0,25. Para simplificar a estimativa, assumiu-se que a fração absorvida transforma-se em energia térmica que tende a aquecer a casa.

Com base nos dados do texto, conclua a redução aproximada da potência solar absorvida pelo telhado ao substituir telhas escuras por pintura branca.

Em um equipamento de refrigeração, um gás se expande em uma etapa do processo e sua temperatura diminui. O fenômeno é usado para retirar calor de um compartimento.

— Qual interpretação está mais adequada para essa situação?

Em um recipiente fechado com gás, o aquecimento foi lento e uniforme. Os alunos perceberam que o sistema passou a ter maior agitação microscópica.

— Como a energia interna do gás se comporta quando sua temperatura aumenta?

Em uma oficina escolar, dois recipientes fechados com o mesmo gás foram deixados em ambientes diferentes: um em local frio e outro próximo a uma fonte de calor suave. Observou-se que, no recipiente aquecido, as partículas do gás se movimentavam mais rapidamente.

— Com base na situação descrita, o que melhor explica o comportamento do gás no recipiente aquecido?

Manchete fictícia: Estudo recente de um condomínio de clima frio avaliou três opções de janelas para reduzir a conta de aquecimento. Os pesquisadores consideraram área de 20 m2 de vidro por apartamento, diferença média de temperatura interna-externa de 15 °C durante a estação fria de 180 dias (4320 h). As janelas têm coeficientes de transmissão térmica (U) de 5,8 W/m2K (vidro simples), 2,8 W/m2K (duplo) e 1,2 W/m2K (triplo).

Calcule, com base nos dados do estudo, qual opção de janela reduz mais a energia gasta no aquecimento ao longo de todo o período.

"— Os moradores relatam que a água esfria rápido após o pôr do sol", comentou o engenheiro Carvalho ao avaliar um protótipo de sistema solar comunitário. No projeto, um tambor com área de 2,0 m2 armazena água aquecida em 70 °C, enquanto a temperatura externa cai para 20 °C. Para reduzir perdas por condução, aplicou-se isolamento de poliuretano (k = 0,04 W/m·K) em três espessuras: 0,02 m, 0,05 m e 0,08 m. A equipe definiu que, para manter a água acima de 45 °C durante a noite, as perdas térmicas não podem ultrapassar 150 W por condução através do isolamento.

Analise os dados do texto e determine qual espessura de isolamento garante perdas por condução menores ou iguais a 150 W.

Por que o setor de refrigeração busca substitutos dos fluidos tradicionais? Dados de laboratório ilustram três opções: R134a, CO2 e amônia. Para remover 1 000 kJ de calor, as massas necessárias são: R134a = 4,63 kg; CO2 = 1,74 kg; NH3 = 0,74 kg. Os potenciais de aquecimento global (GWP) são: R134a = 1 430; CO2 = 1; NH3 = 0. Além disso, amônia é tóxica para humanos, CO2 em excesso pode causar asfixia em ambiente confinado, e R134a é quimicamente estável e de baixa toxicidade, porém altamente persistente na atmosfera.

Analise os dados e identifique o refrigerante que equilibra maior eficiência de refrigeração com menor risco ambiental e toxicológico.