— Engenheira, queremos manter nossa estufa com o mínimo de energia para aquecimento, disse a agricultora ao…
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
— Engenheira, queremos manter nossa estufa com o mínimo de energia para aquecimento, disse a agricultora ao projetista. Para isso, analisaram quatro materiais de revestimento com espessura uniforme de 0,05 m em placas de 4 m². A diferença de temperatura entre o interior (30 °C) e o exterior (10 °C) é de 20 °C. Suas condutividades térmicas (k) são: isopor 0,035 W/m·K; madeira 0,13 W/m·K; bloco de adobe 0,69 W/m·K; concreto leve 1,7 W/m·K. Analise o texto-base e identifique qual intervenção reduz o fluxo de calor da estufa de forma mais eficiente.
- A) Utilizar placas de concreto leve (k=1,7 W/m·K, d=0,05 m)
- B) Utilizar revestimento de madeira (k=0,13 W/m·K, d=0,05 m)
- C) Utilizar blocos de adobe (k=0,69 W/m·K, d=0,05 m)
- D) Retirar o revestimento da estufa para reduzir o fluxo de calor.
- E) Utilizar placas de isopor para dificultar a transferência de calor pela estufa.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identifique a grandeza pedida. O fluxo de calor por condução através de uma parede plana é Q = k·A·ΔT / d, em que k é a condutividade térmica, A é a área, ΔT é a diferença de temperatura e d é a espessura. Quanto menor o Q, melhor o isolamento. Passo 2: Dados comuns às placas: A = 4 m², ΔT = 20 °C (30 °C − 10 °C) e d = 0,05 m. Passo 3: Calcule o fluxo para cada material. Isopor: Q = 0,035 × 4 × 20 / 0,05 = 56 W. Madeira: Q = 0,13 × 4 × 20 / 0,05 = 208 W. Adobe: Q = 0,69 × 4 × 20 / 0,05 = 1104 W. Concreto leve: Q = 1,7 × 4 × 20 / 0,05 = 2720 W. Passo 4: O isopor, com menor k, é o que produz o menor fluxo de calor, portanto é a intervenção mais eficiente entre as placas. Passo 5: A alternativa D está errada porque, sem revestimento, não há barreira alguma à troca de calor, então o fluxo aumenta em vez de diminuir. Passo 6: A alternativa A está errada porque o concreto leve tem o maior k dos materiais e deixa passar o maior fluxo (2720 W). Passo 7: A alternativa B está errada porque a madeira, apesar de isolar melhor que o adobe e o concreto, transfere 208 W, bem mais que o isopor. Passo 8: A alternativa C está errada porque o adobe tem k de 0,69, o que resulta em 1104 W, muito acima do isopor. Passo 9: Conclusão: o gabarito E está correto. A intervenção que reduz mais eficientemente o fluxo de calor é o revestimento com placas de isopor.
💡 Dica: Compare as condutividades térmicas: o menor valor indica menor fluxo de calor através do revestimento.
Alternativa por alternativa
O aluno supõe que o concreto, por ser material sólido e pesado, isola bem o calor. Ele não compara os valores de k, em que o concreto leve tem o maior valor entre as placas.
Por que engana: Escolher o material com maior condutividade térmica ou supor que retirar o revestimento sempre reduz a troca de calor, sem considerar a resistência térmica.
O aluno considera a madeira um isolante natural por senso comum e não percebe que, pela fórmula, seu fluxo de 208 W é muito maior que o do isopor.
O aluno associa o adobe, feito de barro, a um bom isolamento térmico por conhecimento do dia a dia sobre casas de adobe. Ele não calcula o fluxo de 1104 W nem compara o k de 0,69 com o do isopor.
O aluno acredita que retirar o revestimento diminui a perda de calor, sem entender que o revestimento é justamente a barreira que dificulta a transferência de calor. Assim, ele deixa de considerar que a ausência de barreira aumenta o fluxo.
Para uma mesma área, espessura e diferença de temperatura, o fluxo de calor é proporcional à condutividade térmica. O isopor tem a menor condutividade entre os materiais apresentados e, por isso, reduz mais o fluxo de calor.
Raio-X da questão
condutividade térmica e fluxo
avaliacao
Transferência de calor por condução · Condutividade térmica dos materiais
Revise a relação entre condutividade térmica, espessura e fluxo de calor por condução.
Escolher o material com maior condutividade térmica ou supor que retirar o revestimento sempre reduz a troca de calor, sem considerar a resistência térmica.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cotidiano
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