Em um projeto de eficiência energética para uma residência brasileira, um estudante instalou um coletor solar…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um projeto de eficiência energética para uma residência brasileira, um estudante instalou um coletor solar com área de 20 m². Durante um período de duas horas, a irradiância solar média sobre o coletor permaneceu igual a 600 W/m². Devido às perdas térmicas e ópticas do sistema, apenas 70% da energia solar incidente foi efetivamente aproveitada para aquecer a água. Com base nessas informações, qual é a energia efetivamente aproveitada pelo sistema durante as duas horas de funcionamento?
- A) 8 400 J
- B) 60 480 000 J
- C) 12 000 J
- D) 43 200 000 J
- E) 86 400 000 J
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Área do coletor A = 20 m^2, irradiância média I = 600 W/m^2, tempo t = 2 horas e eficiência de aproveitamento de 70% (0,70). Passo 2: Calcule a potência incidente sobre o coletor. P = I x A = 600 x 20 = 12 000 W. Passo 3: Converta o tempo para segundos, pois a unidade W (watt = J/s) exige segundos. t = 2 x 3600 = 7 200 s. Passo 4: Calcule a energia solar incidente durante as duas horas. E_incidente = P x t = 12 000 x 7 200 = 86 400 000 J. Passo 5: Aplique a eficiência de 70% para obter a energia efetivamente aproveitada. E_aproveitada = 0,70 x 86 400 000 = 60 480 000 J. Resposta: alternativa B. Conferência do gabarito: o gabarito oficial B está correto. Por que as demais estão erradas: A (8 400 J) usa a potência de 12 000 W multiplicada por 0,70 e ignora o tempo; C (12 000 J) considera apenas a potência, sem multiplicar pelo tempo nem pela eficiência; D (43 200 000 J) corresponde a apenas 1 hora de incidência sem a eficiência correta, ou seja, metade da energia incidente; E (86 400 000 J) é a energia incidente total, sem aplicar os 70% de aproveitamento.
💡 Dica: Calcule a energia solar aproveitada usando a fórmula da eficiência.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou corretamente a potência de 12 000 W e aplicou os 70%, mas esqueceu de multiplicar pelo tempo, usando apenas 1 segundo de funcionamento.
Por que engana: O aluno pode confundir a eficiência com a radiação total, calculando a energia sem considerar a eficiência do sistema.
A potência solar incidente é P = 600 W/m² × 20 m² = 12 000 W. Como o sistema aproveita 70%, a potência útil é Pútil = 0,70 × 12 000 = 8 400 W. O intervalo de duas horas corresponde a 7 200 s. Assim, a energia aproveitada é E = Pútil × Δt = 8 400 × 7 200 = 60 480 000 J.
O aluno parou no cálculo da potência (12 000 W) e tomou esse valor como energia, sem multiplicar pelo tempo e sem aplicar a eficiência de 70%.
O aluno calculou a energia incidente para apenas 1 hora (12 000 x 3 600 = 43 200 000 J) ou dividiu a energia total por 2, confundindo o tempo de funcionamento de 2 horas e não aplicando corretamente o fator de 70%.
O aluno calculou corretamente a energia solar incidente de 86 400 000 J, mas não aplicou a informação de que apenas 70% dessa energia foi aproveitada pelo sistema.
Raio-X da questão
energia solar aproveitada
avaliacao
cálculo de energia · eficiência de sistemas
Revisar cálculos de eficiência e radiação solar.
O aluno pode confundir a eficiência com a radiação total, calculando a energia sem considerar a eficiência do sistema.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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