Proponha e calcule um projeto de protótipo de tanque térmico com material de mudança de fase (PCM) para…
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
Proponha e calcule um projeto de protótipo de tanque térmico com material de mudança de fase (PCM) para reduzir a necessidade diária de aquecimento de V = 100 L de água de 20 °C a 60 °C. Considere c_água = 4,20×10³ J·kg?¹·K?¹, densidade água = 1000 kg·m?³ e energia latente do PCM L_f (escolha um valor justificável). Descreva dimensões, massa de PCM necessária e como avalia a sustentabilidade do sistema.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Modelo: energia necessária para aquecer água E_água=m·c·?T; m=V·?=0,100·1000=100 kg; E_água=100·4200·40=1,68×107 J (4,67 kWh). Escolher PCM com L_f˜2,5×105 J/kg (ex.: parafina). Massa PCM m_pcm=E_água/L_f˜1,68×107/2,5×105˜67 kg. Projeto: tanque com volume =0,1 m³ mais 0,07 m³ para PCM (densidade PCM˜900 kg/m³), considerar isolamento com L calculado para limitar perdas; use controlador digital para gerenciar carga solar e troca térmica; avalie sustentabilidade por redução de energia elétrica diária (~4,67 kWh) e análise de ciclo de vida do PCM e custos. Incluir diagramas, cálculos de dimensionamento de trocador e estimativa de tempo para descarga térmica.
Explicação
A solução apresentada utiliza conceitos de termodinâmica para calcular a energia necessária para aquecer a água, determinando a massa de PCM necessária para armazenar essa energia. O projeto considera dimensões adequadas para o tanque e a eficiência do sistema, além de integrar um controlador digital para otimizar o uso de energia. A avaliação da sustentabilidade é feita através da redução do consumo elétrico e da análise do ciclo de vida do material utilizado.
Raio-X da questão
tanque térmico com PCM
avaliacao
calor específico da água · mudança de fase
Revisar conceitos de calor específico e energia latente.
O aluno pode confundir a energia necessária para aquecer a água com a energia latente do PCM, não considerando a quantidade correta de material necessário.
ciencia_tecnologia
criatividade
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Projete conceitualmente uma caixa térmica passiva que mantenha V = 20,0 L de água a pelo menos 50 °C por t = 6,0 h em…
- Projete um protótipo de armazenamento térmico sustentável para manter uma sala pequena a 22 °C por t = 8 h durante a…
- Projete um reservatório térmico para manter uma sala de 40 m³ à temperatura interna T_in = 20 °C por t = 8 h. A perda…
- Proponha um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento noturno de uma residência pequena (permanência de…
- (DISSERTATIVA, Dificuldade 3) Proponha e calcule um projeto de armazenamento térmico por mudança de fase (PCM) para…
- DISSERTATIVA — Proponha e calcule um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento noturno de uma sala de…
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog