Projete um protótipo de aquecedor solar passivo para aquecer m = 100 kg de água em uma comunidade: área…
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 aquecedor solar passivo para aquecer m = 100 kg de água em uma comunidade: área coletora A = 2,0 m², irradiância média G = 800 W/m², eficiência ? = 0,60. Estime o aumento de temperatura ?T após t = 3 h e descreva os principais componentes, materiais e medidas de sustentabilidade a considerar. Use Q = ?·G·A·t e ?T = Q/(m·c) com c = 4,18×10³ J/(kg·K).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo: t = 3 h = 10 800 s; Q = ?·G·A·t = 0,60·800·2,0·10 800 = 1,0368×107 J. ?T = Q/(m·c) = 1,0368×107 / (100·4,18×10³) ˜ 24,8 °C (˜25 °C). Projeto: coletor plano com placa absorvente de cor escura em alumínio ou cobre, vidro temperado como cobertura e isolamento térmico (lã mineral ou EPS) na base e laterais; tanque com troca térmica bem isolado (espuma de poliuretano) e sensores digitais (termistores ou RTD) para monitoramento; materiais recicláveis quando possível e tubulação com isolamento. Medidas de sustentabilidade: otimizar orientação e inclinação do coletor, uso de materiais locais de baixa emissão, rejeitar sistemas com solventes tóxicos, prever manutenção simples e recuperar calor residual. Justifique escolhas com eficiência, durabilidade e segurança do usuário; inclua instrumentação para medir temperatura e validar o desempenho.
Explicação
A solução apresentada realiza os cálculos necessários para determinar o aumento de temperatura da água, utilizando as fórmulas adequadas e os dados fornecidos. Além disso, descreve de forma clara os componentes do protótipo, os materiais a serem utilizados e as práticas sustentáveis que garantem eficiência e segurança. A inclusão de instrumentação para monitoramento também demonstra a preocupação com a validação do desempenho do sistema.
Raio-X da questão
aquecedor solar passivo
avaliacao
calor específico da água · princípios de energia solar
Revisar os conceitos de transferência de calor e eficiência de sistemas.
O aluno pode confundir a eficiência do sistema com a quantidade total de energia, não considerando a perda de calor no processo de aquecimento.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cotidiano
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