Uma notícia local apresentou o protótipo de uma cooperativa que reaproveita o calor da água descartada na…
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
Uma notícia local apresentou o protótipo de uma cooperativa que reaproveita o calor da água descartada na lavagem de utensílios. Em cada ciclo, 40 kg de água residual esfriam de 60 graus Celsius para 35 graus Celsius dentro de um trocador de calor. A energia transferida é usada para aquecer 25 kg de água limpa, inicialmente a 20 graus Celsius. Uma simulação digital estima que apenas 50% do calor cedido pela água residual seja aproveitado. Considere o calor específico da água igual a 4.200 J/(kg.K) e despreze outras perdas. Qual previsão sobre a temperatura final da água limpa avalia corretamente o funcionamento do protótipo?
- A) A água limpa chega a 25 graus Celsius, pois a queda de 25 graus Celsius da água residual deve ser dividida igualmente entre os dois fluxos do trocador.
- B) A água limpa chega a 40 graus Celsius, pois o calor efetivamente aproveitado produz um aumento de 20 graus Celsius e reduz o consumo posterior de energia.
- C) A água limpa chega a 30 graus Celsius, pois o rendimento de 50% reduz pela metade a variação de 20 graus Celsius calculada para seu aquecimento.
- D) A água limpa chega a 60 graus Celsius, pois toda a energia liberada no resfriamento é usada para igualar sua temperatura à temperatura inicial da água residual.
- E) A água limpa chega a 35 graus Celsius, pois a temperatura de saída da água residual determina diretamente a temperatura final do líquido aquecido.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Calcule o calor cedido pela água residual. Q = m x c x variação de temperatura = 40 x 4200 x (60 - 35) = 40 x 4200 x 25 = 4.200.000 J.
- Aplique o rendimento de 50%, que é o calor efetivamente aproveitado: 0,5 x 4.200.000 = 2.100.000 J.
- Calcule o aumento de temperatura da água limpa, com massa de 25 kg e calor específico 4200 J/(kg.K): 2.100.000 = 25 x 4200 x ΔT, logo 105.000 x ΔT = 2.100.000 e ΔT = 20 graus Celsius.
- Some à temperatura inicial: 20 + 20 = 40 graus Celsius. Portanto a alternativa B é a correta, e coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas. A: a queda de temperatura não se divide entre os fluxos, pois as massas e o calor cedido determinam a troca. C: o rendimento de 50% atua sobre a energia, não sobre a variação de temperatura, e a variação calculada já foi de 20 graus Celsius. D: a água limpa não iguala a temperatura inicial da residual, pois só recebe metade da energia liberada. E: a temperatura final da água limpa depende da energia recebida e da sua massa, não apenas da temperatura de saída da residual.
💡 Dica: Calcule o calor cedido, aplique os 50% de aproveitamento e use-o para obter a variação de temperatura da água limpa.
Alternativa por alternativa
Acredita que a queda de temperatura da água residual deve ser dividida igualmente entre os dois fluxos, ignorando massas e calores específicos envolvidos na troca.
Aplica corretamente o rendimento ao calor cedido e usa a energia útil para calcular a variação de temperatura da água limpa.
Aplica o rendimento de 50% diretamente sobre a variação de temperatura, como se reduzisse o grau de aquecimento pela metade, em vez de aplicá-lo sobre a energia transferida.
Supõe que toda a energia liberada leva a água limpa à temperatura inicial da residual, ignorando que apenas 50% é aproveitado e que as massas são diferentes.
Por que engana: Usar todo o calor cedido ou reduzir diretamente a variação de temperatura sem calcular o calor aproveitado.
Imagina que a água limpa atinge a mesma temperatura de saída da água residual, como se houvesse equilíbrio imediato sem considerar massa, calor específico e rendimento.
Raio-X da questão
Calor sensível com aproveitamento parcial de energia.
Avaliar a previsão d
Equação Q = m.c.ΔT. · Conservação e transferência de energia térmica.
Rendimento em processos de transferência de calor.
Usar todo o calor cedido ou reduzir diretamente a variação de temperatura sem calcular o calor aproveitado.
Sustentabilidade e uso eficiente de recursos.
Tomada de decisão responsável.
Reaproveitamento de
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