Proponha um protótipo sustentável de aquecedor solar de água para uso escolar (volume ˜ 50 L). Descreva…

Questão

Proponha um protótipo sustentável de aquecedor solar de água para uso escolar (volume ˜ 50 L). Descreva materiais, dimensões principais, sensores e cálculos de desempenho térmico baseados em Q = m·c·?T.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Projeto modelo: reservatório de 50 L (m˜50 kg) com isolamento térmico (EPS 50 mm) e coletor tipo placa plana com vidro temperado reciclável. Materiais: cobre/alumínio reciclado no coletor, isolamento de origem reciclada, pintura seletiva. Sensores: dois termistores (entrada/saída), sensor de irradiância e fluxo, controlador (placa microcontroladora) para acionar circulação por bomba. Cálculo de referência: Q = m·c·?T, com c_água ˜ 4186 J/(kg·K). Para ?T = 30 K ? Q = 50·4186·30 ˜ 6 279 000 J. Se o aquecimento for em t = 4 h ? potência média requerida P = Q/t = 6 279 000/(4·3600) ˜ 437 W. Estimar área do coletor considerando eficiência ? (ex.: ?˜0,5) e irradiância média (ex.: 700 W/m²): potência útil ˜ ?·G·A ? A ˜ P/(?·G) ˜ 437/(0,5·700) ˜ 1,25 m². Justificativas de sustentabilidade: usar materiais locais e reciclados, otimizar isolamento para reduzir perdas, dimensionar para consumo real da escola, prever manutenção acessível. Uso de tecnologias digitais: modelagem numérica do ganho térmico, registro de temperatura e geração de gráfico para avaliar desempenho, controle automático de bomba para minimizar consumo elétrico. Avaliação de desempenho deverá incluir cálculo energético anual, análise de ciclo de vida dos materiais e proposta de protótipo escalável para comunidade escolar.

Explicação

A proposta apresentada aborda todos os elementos essenciais para o desenvolvimento de um aquecedor solar de água, incluindo o dimensionamento adequado, a escolha de materiais sustentáveis e a aplicação de sensores para monitoramento. Os cálculos de desempenho térmico são realizados de forma clara, permitindo a avaliação da eficiência do sistema. Além disso, a inclusão de justificativas de sustentabilidade e o uso de tecnologias digitais demonstram um entendimento abrangente do tema e a viabilidade do projeto em um contexto escolar.

Raio-X da questão

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