Compare, com cálculos e interpretação, a energia elétrica consumida e as emissões de CO2 ao aquecer um tanque…
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
Compare, com cálculos e interpretação, a energia elétrica consumida e as emissões de CO2 ao aquecer um tanque de água V = 200 L de 15 °C a 60 °C usando: (a) aquecedor resistivo elétrico (eficiência 100%); (b) bomba de calor com COP = 3,5. Considere c_água = 4180 J/(kg·K), densidade = 1000 kg/m³ e fator de emissão da eletricidade = 0,5 kg CO2/kWh. Apresente energia em kWh, emissões em kg CO2 e indique a opção mais sustentável.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
m = 200 L·1000 kg/m³ = 200 kg. ?T = 60-15 = 45 K. Q = m·c·?T = 200·4180·45 = 3,762×10^7 J = 10,45 kWh. (a) Resistivo: E = 10,45 kWh; CO2 = 10,45·0,5 = 5,225 kg. (b) Bomba: E_el = 10,45/3,5 = 2,99 kWh; CO2 = 2,99·0,5 = 1,495 kg. Conclusão: a bomba de calor consome ˜3,5× menos energia elétrica e gera ˜3,5× menos CO2; é a opção mais sustentável nas condições dadas.
Explicação
O cálculo da energia necessária para aquecer a água foi realizado usando a fórmula Q = m·c·?T, resultando em 10,45 kWh para ambos os métodos. O aquecedor resistivo consome toda essa energia, gerando 5,225 kg de CO2, enquanto a bomba de calor, com maior eficiência, consome apenas 2,99 kWh, resultando em 1,495 kg de CO2, demonstrando ser a opção mais sustentável. Portanto, a bomba de calor é preferível por sua menor demanda energética e emissões de carbono.
Raio-X da questão
energia elétrica e emissões de CO2
avaliacao
cálculo de energia térmica · eficiência de sistemas
Revisar conceitos de eficiência energética e cálculo de emissões de CO2.
O aluno pode confundir a eficiência do aquecedor com a do sistema de bomba de calor, levando a um cálculo incorreto das emissões de CO2.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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