Projete um protótipo de aquecedor solar de água residencial (capacidade ~50 L) que priorize sustentabilidade…
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 de aquecedor solar de água residencial (capacidade ~50 L) que priorize sustentabilidade. Descreva: materiais, princípio de funcionamento, estimativa da elevação de temperatura em 3 h considerando irradiância média de 800 W·m?² em coletor de 1,5 m² e eficiência útil de 60%, e como tecnologias digitais podem apoiar construção e avaliação.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Proposta: coletor plano com placa absorvedora preta de alumínio, cobertura de vidro, tubo em cobre, reservatório isolado (poliestireno 50 mm). Massa de água m˜50 kg; potência absorvida P=800 W·m?²·1,5 m²·0,6 =720 W. ?T/t = P/(m·c)=720/(50·4180)˜0,00345 K·s?¹ ? em 3 h (10800 s) ?T˜37 K. Se água inicial 20 °C, atinge ˜57 °C. Materiais sustentáveis: alumínio reciclado, vidro temperado, isolamento local. Tecnologias digitais: sensores de temperatura (DS18B20), registrador de dados e planilha para simular ganhos; Arduino para controlar bomba e coletar telemetria; software calcula rendimento e payback. Avaliação: comparar energia solar (E˜P·3h˜2,16 kWh) com aquecedor elétrico (E = m·c·?T ˜50·4180·37 ˜7,73×106 J ˜2,15 kWh); resultados mostram economia. Melhorias: aumentar área do coletor, otimizar ângulo, reduzir perdas com isolamento e usar controle por algoritmo para circulação.
Explicação
A proposta apresenta um projeto viável de aquecedor solar, utilizando materiais sustentáveis e um cálculo preciso da elevação de temperatura, demonstrando a eficiência do sistema. A inclusão de tecnologias digitais para monitoramento e controle aprimora a funcionalidade e a avaliação do desempenho do aquecedor. Além disso, a comparação entre a energia solar e a elétrica evidencia a economia e a viabilidade econômica do projeto.
Raio-X da questão
aquecedor solar de água
avaliacao
princípios de termodinâmica · sustentabilidade em projetos
Revisar os princípios de funcionamento de aquecedores solares e eficiência térmica.
O aluno pode falhar ao não considerar a eficiência do sistema, superestimando a temperatura final sem levar em conta as perdas de calor.
educacao_ambiental
criatividade
cientifico
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