Projete um protótipo passivo, de baixo custo e sem consumo elétrico, capaz de reduzir a temperatura interna de…

Questão

Projete um protótipo passivo, de baixo custo e sem consumo elétrico, capaz de reduzir a temperatura interna de uma sala de 25 m³ em 5 °C durante o dia. Descreva os princípios termodinâmicos usados, as variáveis a controlar (massa térmica, área, condutividade, trocas convectivas e radiação), estime quantitativamente a energia a ser removida e proponha materiais e dimensões para o protótipo.

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

Resposta esperada

Proposta resumida e cálculos: 1) Energia a remover do ar: ?_ar˜1,2 kg·m?³ ? m_ar = ?_ar·V = 1,2·25 = 30 kg. c_ar ˜1005 J·kg?¹·°C?¹ ? Q_air = m_ar·c_ar·?T = 30·1005·5 ˜ 1,51×105 J. 2) Considerar massa térmica das paredes e mobiliário; estimativa pragmática: acrescentar margem de 3× ? Q_total ˜ 4,5×105 J. 3) Estratégias passivas: a) massa térmica (recipientes com água ou blocos cerâmicos) para armazenar calor: ex., 100 kg de água com ?T_permitido=2 °C armazena Q = 100·4180·2 = 8,36×105 J (> Q_total). b) ventilação noturna e sombreamento diurno para reduzir ganho por radiação; c) isolamento térmico com materiais de baixa condutividade (? baixo) em fachadas; d) resfriamento evaporativo localizado (se clima seco): massa de água evaporada m_evap = Q_evap / L_v (L_v˜2,26×106 J·kg?¹) — para Q_total˜4,5×105 J, m_evap ˜0,20 kg, pequeno consumo de água. 4) Dimensionamento prático: usar 100 kg de água distribuída em recipientes no interior/perto de paredes, superfície externa com toldo e pintura reflexiva, aberturas para ventilação noturna com percurso de vento; área de troca convectiva suficiente para a ventilação (duas aberturas opostas de ˜0,2–0,5 m²). 5) Variáveis a monitorar e controlar: temperatura interna, temperatura externa, umidade relativa, massa e temperatura da massa térmica, tempo de ventilação noturna. 6) Avaliação de desempenho: calcular tempo de resfriamento disponível pela capacidade térmica: P_eq = Q_total / t_disponível; por exemplo, se for necessário manter ?T em t = 6 h (21600 s), P_eq ˜ 4,5×105 / 21600 ˜ 20,8 W — confirmar se a combinação massa térmica + ventilação cumpre essa potência efetiva. Conclusão: combinação de massa térmica (100 kg água ou equivalente em alvenaria), isolamento, sombreamento e ventilação noturna remove a energia estimada sem uso elétrico; especificar dimensões e materiais conforme disponibilidade local e realizar medições para ajustar projeto.

Explicação

A proposta apresenta um cálculo detalhado da energia a ser removida, considerando a massa térmica e as trocas térmicas, o que é fundamental para o projeto de um sistema passivo eficiente. Além disso, as estratégias sugeridas, como o uso de água para armazenamento de calor e ventilação noturna, são práticas e viáveis, garantindo a redução da temperatura interna sem consumo elétrico. A consideração das variáveis a monitorar e a avaliação de desempenho mostram um planejamento cuidadoso para garantir a eficácia do protótipo.

Raio-X da questão

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