Projete um protótipo de armazenamento térmico sustentável para manter uma sala pequena a 22 °C por t = 8 h…
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
Projete um protótipo de armazenamento térmico sustentável para manter uma sala pequena a 22 °C por t = 8 h durante a madrugada (temperatura externa 10 °C). Considere perda térmica média P_loss = 600 W. Use parafina como PCM com calor latente L = 1,80×105 J·kg?¹. Apresente cálculo da massa de PCM necessária, um esquema básico de integração ao ambiente (isolamento e posicionamento do PCM) e como sensores e controle digital poderiam otimizar o sistema.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Modelo de resposta: 1) Energia necessária: Q = P_loss·t = 600 W·(8·3600 s) = 600·28800 = 1,728×107 J. 2) Massa de PCM: m = Q / L = 1,728×107 / 1,80×105 ˜ 96,0 kg de parafina. 3) Integração: embutir o PCM em painéis modulares dentro de um nicho térmico junto às paredes internas; envolver módulos com boa condutividade interna (placas de alumínio) e isolamento externo (EPS) para reduzir perdas. 4) Otimização digital: usar sensores de temperatura interna/externa e atuadores (resistência elétrica de recarga controlada por temporizador/algoritmo) para recarregar o PCM durante pico de geração (solar ou horário tarifário barato); implementar controle PID simples para manter 22 °C e telemetria para avaliar desempenho. 5) Observação de projeto: reduzir P_loss (melhor isolamento ou redução de infiltrações) diminui m proporcionalmente (ex.: se P_loss ? 300 W, m ˜ 48 kg).
Explicação
A solução apresentada aborda de forma clara o cálculo da energia necessária para manter a temperatura desejada, utilizando a relação entre energia, potência e tempo. A escolha da massa de parafina como material de mudança de fase é fundamentada no seu alto calor latente, permitindo um armazenamento eficiente de energia térmica. Além disso, a integração do sistema com sensores e controle digital demonstra uma abordagem prática para otimizar o desempenho e a eficiência do armazenamento térmico.
Raio-X da questão
armazenamento térmico sustentável
avaliacao
calor específico e calor latente · isolamento térmico
Revisar conceitos de calor latente e isolamento térmico.
O aluno pode errar ao calcular a massa de PCM necessária, subestimando a perda térmica ou não considerando corretamente o calor latente da parafina.
ciencia_tecnologia
criatividade
cientifico
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