Tabela: protótipo de caixa térmica para transporte de vacinas em Porto Alegre — paredes: poliestireno k =…
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
Tabela: protótipo de caixa térmica para transporte de vacinas em Porto Alegre — paredes: poliestireno k = 0,035 W·m?¹·K?¹, espessura ?x = 0,04 m, área A = 0,50 m². Conteúdo m = 0,50 kg, T = 2°C; ambiente 30°C. Objetivo: manter T = 8°C por 6,0 h. Avalie desempenho e proponha intervenções sustentáveis; estime quantitativamente uma solução viável usando Q? = k·A·?T/?x e E = m·c·?T (c = 4180 J·kg?¹·K?¹).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
?T = 30-2 = 28 K (conteúdo vs ambiente). Energia tolerável para ?T_interno = 6 K: E = 0,5·4180·6 = 1,254×104 J. Em 6 h (21600 s) potência permitida ˜0,58 W. Fluxo atual Q? = k·A·?T/?x = 0,035·0,5·28/0,04 ˜ 12,25 W » 0,58 W, logo insuficiente. Dobrar espessura a 0,08 m reduz Q? pela metade ˜6,12 W — ainda insuficiente. Solução sustentável eficaz: integrar PCM (parafina) com L ˜ 200 kJ·kg?¹; m_PCM = E/L = 1,254×104/2,0×105 ˜ 0,063 kg. Recomenda-se 0,10 kg de PCM para margem de segurança; combinação com isolamento aumentado e filme reflexivo reduz perdas e mantém T = 8°C por 6 h sem energia ativa. (Usar calculadora/soft para dimensionar e simular variações.)
Explicação
A análise do fluxo de calor e da energia necessária para manter a temperatura desejada demonstra que a solução inicial é insuficiente, levando à necessidade de aumentar a espessura do isolamento e integrar materiais de mudança de fase (PCM) para garantir a eficiência térmica. O cálculo da quantidade de PCM necessário e a recomendação de uma margem de segurança asseguram que a caixa térmica funcione adequadamente, mantendo a temperatura ideal por um período prolongado. A combinação de isolamento aprimorado e materiais reflexivos também contribui para a sustentabilidade da solução, reduzindo a necessidade de energia ativa.
Raio-X da questão
transferência de calor
avaliacao
transferência de calor · cálculo de energia térmica
Revisar as fórmulas de transferência de calor e energia térmica.
O aluno pode confundir as fórmulas de transferência de calor e energia térmica, aplicando-as de forma inadequada na resolução do problema.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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