(Dissertativa) Projete um sistema de aquecimento solar sustentável para aquecer m = 100,0 kg de água de 20,0…
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) Projete um sistema de aquecimento solar sustentável para aquecer m = 100,0 kg de água de 20,0 °C a 55,0 °C diariamente. Dados: irradiância média G = 600 W·m?², eficiência do coletor ? = 0,60, horas efetivas de sol t = 6,00 h, ? = 1000 kg·m?³, c = 4,18×10³ J·kg?¹·K?¹, g = 10,0 m·s?². Preveja circulação forçada com vazão mássica ? = 0,050 kg·s?¹, perda de carga H = 2,0 m, bomba ?_bomba = 0,60. Determine (a) energia necessária Q; (b) área do coletor A; (c) tempo de aquecimento; (d) potência elétrica da bomba; (e) indique materiais e estratégia de controle digital para sustentabilidade.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
(a) Q = m c ?T =100·4180·35 =1,463×107 J. (b) energia útil por m²: E1 = ? G t =0.6·600·(6·3600)=7,776×106 J·m?²; A = Q/E1 =1,463×107/7,776×106 ˜1,88 m² (˜1,9 m²). (c) P_col = ? G A ˜0,6·600·1,88 ˜6,78×10² W ? t = Q/P_col ˜1,463×107/6,78×10² ˜2,16×104 s ˜6,0 h. (d) V? = ?/? =0,05/1000 =5,0×10?5 m³·s?¹; P_hid = ? g H V? =1000·10·2·5,0×10?5 =1,0 W; P_el = P_hid/?_bomba ˜1,0/0,60 ˜1,67 W (˜1,7 W). (e) Materiais: absorvedor cobre/alumínio com tratamento anti-corrosão, tubulação PEX/CPVC, bom isolamento térmico no reservatório; usar bomba de baixo consumo alimentada por painel fotovoltaico. Controle digital: sensores de temperatura no coletor e tanque, controlador com lógica PWM/relé e MPPT para alimentar bomba apenas quando T_coletor > T_tanque+?T, registro de dados para otimização e manutenção; priorizar peças recicláveis e projeto modular para reparo.
Explicação
A solução apresentada utiliza as fórmulas adequadas para calcular a energia necessária, a área do coletor e a potência elétrica da bomba, considerando as condições do sistema. A escolha de materiais e a estratégia de controle digital visam maximizar a eficiência e a sustentabilidade do sistema, garantindo um funcionamento otimizado e reduzindo o impacto ambiental. A abordagem é prática e fundamentada em princípios de engenharia, refletindo um projeto viável e eficiente para aquecimento solar.
Raio-X da questão
aquecimento solar sustentável
avaliacao
calor específico da água · princípios de energia solar
Revisar os conceitos de energia térmica e eficiência de sistemas de aquecimento.
O aluno pode confundir a energia necessária com a potência do sistema, não considerando o tempo de aquecimento corretamente.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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