(Dif.3) Proponha um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento de água em uma comunidade…
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
(Dif.3) Proponha um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento de água em uma comunidade escolar: descreva os componentes, estime dimensões/valores relevantes (massa, potência, área do coletor ou isolamento) e explique como variáveis termodinâmicas (temperatura, calor, fluxo) influenciam o desempenho. Indique também que tecnologias digitais (softwares, sensores) usaria para estimativas e testes.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Sugestão de protótipo: coletor solar plano (A ˜ 3 m², ?˜0,5) ligado a um reservatório de 100 L (m˜100 kg) com isolamento térmico (L˜0,05 m, k˜0,04 W·m?¹·K?¹). Estimativas: para elevar 100 kg de água 30 K, Q = 100·4200·30 = 1,26×10^7 J; com I média 600 W·m?² e ?=0,5 em 4 h (14400 s), energia/m² = 0,5·600·14400 = 4,32×10^6 J ? A˜2,9 m²; armazenamento e isolamento reduzem perdas (F = kA?T/L). Variáveis: maior ?T exige mais energia; perdas aumentam com gradiente térmico e menor espessura isolante. Tecnologias digitais: uso de planilhas e software de simulação térmica para cálculo de Q e fluxo, sensores de temperatura e registradores para validar desempenho, e controle lógico para otimizar circulação. Abordagem sustentável: materiais locais e recicláveis, recuperação de calor, análise de custo-benefício e avaliação de redução de consumo energético.
Explicação
A proposta apresenta um sistema viável e sustentável, utilizando um coletor solar e um reservatório bem dimensionados, além de considerar o isolamento térmico para minimizar perdas de calor. As variáveis termodinâmicas são abordadas de forma clara, destacando como a temperatura e o fluxo de calor impactam a eficiência do sistema. A inclusão de tecnologias digitais para simulação e monitoramento demonstra uma abordagem moderna e prática para otimizar o desempenho do protótipo.
Raio-X da questão
sistema térmico sustentável
avaliacao
sistemas térmicos · termodinâmica
Revisar conceitos de termodinâmica e sistemas térmicos.
Os alunos podem falhar ao não considerar a relação entre as variáveis termodinâmicas e o desempenho do sistema, resultando em propostas inadequadas.
ciencia_tecnologia
criatividade
cientifico
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