Projete um protótipo de caixa térmica para manter 50 L de água a pelo menos 50 °C por 8 h em ambiente a 20 °C…
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 caixa térmica para manter 50 L de água a pelo menos 50 °C por 8 h em ambiente a 20 °C. Use c = 4,20×10^3 J·kg^-1·K^-1, k_espuma = 0,03 W·m^-1·K^-1, área da parede A = 0,80 m². Determine a espessura mínima L do isolamento para que a perda de calor média não reduza a temperatura em mais de 5 K em 8 h. Apresente cálculos e justificativas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Massa água m = 50 kg; energia permitida ?E = m·c·?T = 50·4.20×10^3·5 = 1,05×10^6 J. Tempo t = 8 h = 2,88×10^4 s => potência média admissível Q?_max = ?E/t = 36,46 W. Condução: Q? = k·A·?T/L com ?T = 30 K. Logo L = k·A·?T / Q?_max = 0,03·0,80·30 / 36,46 ˜ 0,020 m. Espessura mínima ˜ 2,0 cm. Recomenda-se cobertura hermética e reduzir pontes térmicas; usar simulação térmica digital para validar perdas e otimizar materiais.
Explicação
A solução envolve calcular a energia permitida para a água manter a temperatura desejada e, em seguida, determinar a potência média admissível para a caixa térmica. Utilizando a fórmula de condução de calor, é possível encontrar a espessura mínima do isolamento necessária para limitar a perda de calor. A recomendação de coberturas herméticas e simulações térmicas visa otimizar o desempenho do protótipo e minimizar as perdas térmicas adicionais.
Raio-X da questão
isolamento térmico
avaliacao
isolamento térmico · transferência de calor
Revisar conceitos de transferência de calor e isolamento térmico.
O aluno pode confundir a espessura do isolamento necessária com a área da parede, não considerando a relação entre área, temperatura e tempo na perda de calor.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
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…
- DISSERTATIVA — Projete uma caixa térmica passiva para transportar refeições: m_ref = 2,0 kg (c_ref = 3500 J·kg?¹·K?¹)…
- Projete e estime a espessura mínima de isolamento térmico para um reservatório com água de massa m = 50,0 kg…
- Tabela: protótipo de caixa térmica para transporte de vacinas em Porto Alegre — paredes: poliestireno k = 0,035…
- Projete conceitualmente uma caixa térmica (A_total = 0,75 m², volume 50 L) para manter alimentos m = 40,0 kg a T_in =…
- Projete um protótipo passivo que mantenha uma refeição m_ref = 1,50 kg (c_ref = 3,00×10^3 J·kg?¹·K?¹) inicialmente a T_i…
🔎 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