Compare, qualitativamente e quantitativamente, um aquecedor resistivo e uma bomba de calor para aquecer V =…

Questão

Compare, qualitativamente e quantitativamente, um aquecedor resistivo e uma bomba de calor para aquecer V = 100 L de água de 20 °C a 60 °C. Dados: c = 4180 J·kg?1·K?1, densidade da água = 1,00 kg·L?1. Considere eficiência do resistivo ?_res = 0,95 e COP da bomba de calor = 3,5. Apresente equações e cálculos.

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

Resposta esperada

Massa m = 100 L·1,00 kg·L?1 = 100 kg. Energia térmica necessária: E_th = m·c·?T = 100·4180·(60-20)=100·4180·40=1,672×10^7 J = 4,644 kWh (1 kWh = 3,6×10^6 J). Aquecedor resistivo: E_el,res = E_th / ?_res = 4,644 kWh / 0,95 = 4,887 kWh. Bomba de calor: E_el,bomba = E_th / COP = 4,644 kWh / 3,5 = 1,327 kWh. Conclusão: para a mesma elevação de temperatura, a bomba de calor consome ˜1,327 kWh elétricos vs 4,887 kWh do resistivo; portanto a bomba reduz consumo elétrico e emissões associadas, mas implica maior complexidade, custo inicial e necessidade de análise do fluido refrigerante e orientação de instalação.

Explicação

A explicação apresentada realiza os cálculos necessários para determinar a energia térmica requerida e a energia elétrica consumida por cada sistema, considerando suas eficiências. A comparação entre o consumo energético do aquecedor resistivo e da bomba de calor evidencia a eficiência superior da bomba, que utiliza menos energia elétrica para o mesmo aumento de temperatura. Além disso, a conclusão aborda as implicações práticas e econômicas de cada tecnologia, oferecendo uma visão abrangente sobre suas vantagens e desvantagens.

Raio-X da questão

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