Projete um protótipo passivo de resfriamento por evaporação para reduzir a temperatura interna de uma caixa de…
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 passivo de resfriamento por evaporação para reduzir a temperatura interna de uma caixa de transporte de alimentos contendo m_ref = 3,00 kg (c = 3500 J·kg?¹·K?¹) de T_i = 40 °C para T_f = 25 °C em t = 4,0 h. Considere fluxo térmico de infiltração Q? = 30 W que deve ser compensado e calor latente de vaporização L_v = 2,26×10^6 J·kg?¹. Descreva princípios, materiais, e calcule a massa mínima de água a evaporar.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Princípio: remoção de energia por evaporação. Energia necessária para resfriar alimentos: Q_cool = m_ref·c·(T_i-T_f)=3,00·3500·15=1,575×10^5 J. Energia das infiltrações durante 4 h: Q_inf=Q?·t=30 W·(4·3600 s)=4,32×10^5 J. Energia total a remover Q_tot=1,575×10^5+4,32×10^5=5,895×10^5 J. Massa de água evaporada m_a=Q_tot/L_v=5,895×10^5/2,26×10^6 ˜0,261 kg. Materiais: almofada permeável para água, tecido de troca, isolamento térmico externo, ventilação controlada. Procedimento: promover evaporação contínua e recircular água; dimensionar reservatório =0,3 kg água e prever proteção contra umidade indesejada. Verificações: avaliar taxa real de evaporação e perdas por condensaçã o; usar sensores para monitorar T e ajustar fornecimento de água.
Explicação
A explicação apresenta um cálculo detalhado que considera tanto a energia necessária para resfriar os alimentos quanto a energia proveniente das infiltrações, resultando em uma massa mínima de água a evaporar. Além disso, sugere materiais e procedimentos práticos para implementar o sistema de resfriamento por evaporação, garantindo eficiência e controle. A abordagem é lógica e fundamentada em princípios de termodinâmica, mostrando como a evaporação pode ser utilizada para manter a temperatura desejada.
Raio-X da questão
resfriamento por evaporação
avaliacao
calor específico · evaporação
Revisar os conceitos de calor específico e calor latente de vaporização.
O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária para resfriar a caixa com a quantidade de água a evaporar, não considerando o calor latente de vaporização.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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