(Dissertativa) Projete um protótipo de coletor solar térmico para elevar m = 80,0 kg de água de 15,0 °C a 60,0…
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
(Dissertativa) Projete um protótipo de coletor solar térmico para elevar m = 80,0 kg de água de 15,0 °C a 60,0 °C em t = 4,0 h. Considere irradiância média G = 700 W·m^-2, eficiência do coletor ? = 0,55 e c = 4,18×10^3 J·kg^-1·K^-1. Calcule a área A necessária do coletor e descreva os passos e fórmulas usados.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Energia necessária: Q = m c ?T = 80,0·4,18×10^3·(60,0-15,0)=80·4180·45=1,5048×10^7 J. 2) Potência média requerida: P = Q/t, t = 4,0 h = 14400 s ? P = 1,5048×10^7/14400 = 1,0458×10^3 W. 3) Potência útil do coletor: P = ? A G ? A = P/(? G) = 1,0458×10^3/(0,55·700)=1,0458×10^3/385 ˜ 2,72 m². 4) Verificações: unidades SI em todas as etapas; escolher área comercialmente disponível (p.ex. 3,0 m²) para compensar perdas não modeladas; prever reservatório bem isolado e controle para evitar sobreaquecimento. Fórmulas usadas: Q = m c ?T (J), P = Q/t (W), P_col = ? A G (W), com G em W·m^-2 e ? adimensional.
Explicação
A solução apresenta um raciocínio lógico e sequencial, começando pelo cálculo da energia necessária para aquecer a água, seguido pela determinação da potência média requerida e, finalmente, pela relação entre a potência útil do coletor e sua área. As fórmulas utilizadas são apropriadas para cada etapa do problema, garantindo que todas as unidades estejam consistentes. Além disso, a consideração de um valor comercialmente disponível para a área do coletor demonstra uma preocupação prática com a aplicação do projeto.
Raio-X da questão
coletor solar térmico
avaliacao
cálculo de energia térmica · fórmulas de eficiência
Revisar a fórmula de calor e eficiência de coletores solares.
O aluno pode confundir a eficiência do coletor com a quantidade total de energia necessária, não considerando a relação entre a energia absorvida e a eficiência.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Recente estudo em uma cooperativa agrícola descreve o uso de secadores de grãos movidos a gás natural. Segundo…
- Um centro de dados dissipa continuamente 4,0 kW na forma de calor durante 3,0 h. Qual é a quantidade de energia térmica…
- Em estimulação transcraniana, uma corrente de 2 mA atravessa um eletrodo de área 1 cm². Qual é a densidade de corrente…
- Um motor térmico opera entre reservatórios a Th = 500 K e Tc = 300 K. Calcule a eficiência máxima teórica (ciclo de…
- Um teto com área A = 20 m² tem U-valor inicial U1 = 0,8 W·m?²·K?¹; após melhorar o isolamento o U-valor passa para U2 =…
- Uma parede de 0,02 m de espessura feita de aço (k = 50 W·m?¹·K?¹) é substituída por isolamento de mesma espessura com k…
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog