(DISSERTATIVA, Dificuldade 3) Proponha e calcule um projeto de armazenamento térmico por mudança de fase (PCM)…
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
(DISSERTATIVA, Dificuldade 3) Proponha e calcule um projeto de armazenamento térmico por mudança de fase (PCM) para liberar calor durante t = 10 h à noite, mantendo uma sala de V = 30 m³ a 18 °C, sabendo que a perda média estimada de calor é P_loss = U·A·?T com U = 0,50 W·m?²·K?¹, área externa efetiva A = 30 m² e diferença ?T = 10 K. Escolha L_pcm = 2,00×10^5 J·kg?¹ e ?_pcm = 800 kg·m?³. Apresente massa e volume de PCM necessários e justificativas do projeto (isolamento e margem de segurança).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Calcule perda: P_loss = U·A·?T = 0,50·30·10 = 150 W. 2) Energia requerida em t=10 h (36 000 s): E = P_loss·t = 150·36 000 = 5,40×10^6 J. 3) Massa de PCM: m = E / L_pcm = 5,40×10^6 / 2,00×10^5 = 27,0 kg. 4) Volume: V = m / ?_pcm = 27,0 / 800 = 0,0338 m³ = 33,8 L. 5) Recomendações: prever margem de segurança ˜20% ? m_final ˜32,4 kg; melhorar isolamento para reduzir U; posicionar PCM em bom contato térmico com o ambiente a manter. Fórmulas usadas: P_loss = U·A·?T (W), E = P_loss·t (J), m = E / L (kg), V = m/? (m³).
Explicação
A solução apresentada utiliza corretamente as fórmulas para calcular a perda de calor, a energia necessária e a massa de PCM, garantindo que a sala mantenha a temperatura desejada. Além disso, a consideração de uma margem de segurança e melhorias no isolamento são práticas recomendadas que aumentam a eficiência do sistema. Essa abordagem assegura que o projeto não apenas atenda às necessidades térmicas, mas também seja viável e seguro.
Raio-X da questão
armazenamento térmico PCM
avaliacao
calor específico e mudança de fase · transferência de calor
Revisar os conceitos de transferência de calor e propriedades dos materiais de mudança de fase.
O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária com a capacidade térmica do PCM, não considerando a eficiência do sistema de isolamento.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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