Em projeto de retrofit em Belém, duas opções de isolamento térmico (0,05 m de espessura) foram avaliadas…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em projeto de retrofit em Belém, duas opções de isolamento térmico (0,05 m de espessura) foram avaliadas: fibra de vidro k=0,040 W·m?¹·K?¹ e aerogel de sílica k=0,013 W·m?¹·K?¹. Para uma parede de 1,0 m² e ?T=20 K, qual material gera menor fluxo de calor (W)?
- A) Fibra de vidro: 16,0 W; aerogel: 5,2 W (aerogel menor).
- B) Fibra de vidro: 5,2 W; aerogel: 16,0 W (fibra menor).
- C) Ambos 10,6 W (média simples).
- D) Valores idênticos se as espessuras forem iguais.
- E) Aerogel: 0,52 W; fibra: 1,60 W.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique a grandeza pedida. O fluxo de calor por condução através de uma parede plana é dado pela Lei de Fourier: q = k x A x ΔT / L, em que k é a condutividade térmica (W·m^-1·K^-1), A é a área (m²), ΔT é a diferença de temperatura (K) e L é a espessura (m).
- Confira os dados do enunciado. A = 1,0 m², ΔT = 20 K e L = 0,05 m, valores iguais para os dois materiais. Logo, o único fator que muda entre eles é k.
- Calcule a fibra de vidro. q = 0,040 x 1,0 x 20 / 0,05 = 0,80 / 0,05 = 16,0 W.
- Calcule o aerogel. q = 0,013 x 1,0 x 20 / 0,05 = 0,26 / 0,05 = 5,2 W.
- Compare os resultados. O aerogel gera o menor fluxo de calor (5,2 W contra 16,0 W), porque tem menor condutividade térmica e, portanto, isola melhor. A resposta correta é a alternativa A, que coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas. B inverte os valores, atribuindo 5,2 W à fibra, o que contraria o cálculo feito. C usa a média simples dos dois fluxos, o que não tem significado físico, pois cada material tem seu próprio fluxo. D afirma que os valores seriam iguais com espessuras iguais, mas o fluxo depende de k, que é diferente para cada material, mesmo com a mesma espessura. E calcula com espessura de 0,5 m em vez de 0,05 m, o que produz valores dez vezes menores e errados.
💡 Dica: Calcule o fluxo de calor usando a fórmula Q = k*A*(ΔT/d).
Alternativa por alternativa
Cálculo por q=kA?T/L: 0,040·20/0,05=16,0 W; 0,013·20/0,05=5,2 W.
O aluno inverte a relação entre condutividade e fluxo, supondo que o material de maior k conduz menos calor. Também pode ter trocado os valores de k entre os materiais.
Por que engana: Confundir os valores de condutividade térmica dos materiais, levando a um cálculo incorreto do fluxo de calor.
O aluno acredita que a média aritmética dos dois fluxos (16,0 + 5,2)/2 = 10,6 W representa o fluxo de cada material, quando cada um tem seu próprio valor determinado por k.
O aluno pensa que a geometria (espessura e área) determina sozinha o fluxo, ignorando que a condutividade térmica k diferente de cada material altera o resultado.
O aluno usa a espessura como 0,5 m, em vez de 0,05 m, provavelmente por erro na conversão de unidades (5 cm lido como 0,5 m), o que reduz o fluxo em dez vezes.
Raio-X da questão
isolamento térmico
avaliacao
cálculo de fluxo de calor · isolamento térmico
Revisar a fórmula de cálculo de fluxo de calor em materiais isolantes.
Confundir os valores de condutividade térmica dos materiais, levando a um cálculo incorreto do fluxo de calor.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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