Questões BNCC EM13CNT102

Em uma manhã fria de inverno, um grupo de estudantes saiu para visitar um parque natural. Um deles percebeu que, após alguns minutos caminhando ao ar livre, suas mãos começaram a ficar frias e pálidas, mesmo usando roupas adequadas para o restante do corpo. Curiosos, os colegas refletiram sobre que mecanismos estariam em ação para tentar manter o calor corporal, especialmente nas extremidades expostas ao frio.

Considerando a situação descrita, qual resposta fisiológica explica a sensação de mãos frias quando expostas ao frio intenso, e como essa resposta contribui para a manutenção da temperatura interna do corpo?

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?

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.

— Se eu reduzir um pouco o gelo, a caixa térmica aguenta a rota até a comunidade? — perguntou o agente de saúde, ao preparar vacinas para transporte em uma lancha.

A caixa tem paredes metálicas finas e área total aproximada de 0,60 m^2. Durante o trajeto, a temperatura externa fica em torno de 32 °C, enquanto se busca manter o interior perto de 4 °C. Para diminuir o consumo de gelo (e o volume transportado), a equipe decidiu colar, por dentro, placas de isolamento térmico reaproveitáveis, todas cobrindo a mesma área.

Foram considerados cinco materiais, com as seguintes condutividades térmicas k (em W/(m.K)) e espessuras L: PET reciclado (k=0,040; L=2,0 cm), cortiça (k=0,050; L=3,0 cm), EPS/isopor (k=0,035; L=2,0 cm), espuma de poliuretano de base vegetal (k=0,025; L=2,0 cm) e chapa de alumínio (k=205; L=0,50 cm).

Com base nos dados do texto, avalie qual intervenção tende a reduzir mais a taxa de entrada de calor por condução na caixa, contribuindo para diminuir o derretimento do gelo.

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.