Um ar-condicionado portátil refrigera um volume V = 30,0 m³ de ar de T_i = 30,0 °C para T_f = 25,0 °C em t =…
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
Um ar-condicionado portátil refrigera um volume V = 30,0 m³ de ar de T_i = 30,0 °C para T_f = 25,0 °C em t = 20,0 min. Dados: ?_ar = 1,20 kg/m³; c_ar = 1005 J/(kg·K). Potência elétrica medida P_in = 1,200 W. Determine: a) energia removida Q_c, b) taxa média de refrigeração Q?, c) COP_real = Q?/P_in e compare com o COP de Carnot (use temperaturas em K; T_c = 25,0 °C, T_h = 35,0 °C).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
m = ?·V = 1,20·30,0 = 36,0 kg. ?T = 30,0-25,0 = 5,0 K. Q_c = m c ?T = 36,0·1005·5,0 = 1,809×10^5 J. t = 20,0 min = 1200 s ? Q? = Q_c / t = 1,809×10^5/1200 = 150,8 W. COP_real = Q?/P_in = 150,8/1200 = 0,1257 ˜0,126. Converter T: T_c = 25,0+273 = 298 K; T_h = 35,0+273 = 308 K. COP_Carnot = T_c/(T_h-T_c) = 298/(308-298) = 29,8. Resultado: COP_real « COP_Carnot; perdas práticas (ineficiências do compressor, trocadores de calor, vazamentos e perdas elétricas) explicam grande diferença.
Explicação
A solução envolve o cálculo da massa de ar refrigerado, a variação de temperatura e a energia removida, que são fundamentais para determinar a eficiência do ar-condicionado. A comparação do COP real com o COP de Carnot ilustra as ineficiências práticas do sistema, que são inevitáveis em qualquer processo real. Essa análise permite entender como as perdas afetam o desempenho do equipamento em relação ao seu limite teórico ideal.
Raio-X da questão
refrigeração e COP
avaliacao
cálculo de energia térmica · conversão de unidades
Revisar os conceitos de energia térmica e eficiência de sistemas de refrigeração.
O aluno pode confundir as unidades de temperatura, utilizando Celsius em vez de Kelvin para o cálculo do COP.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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