(Dif.3) Proponha um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento de água em uma comunidade…

Questão

(Dif.3) Proponha um protótipo de sistema térmico sustentável para aquecimento de água em uma comunidade escolar: descreva os componentes, estime dimensões/valores relevantes (massa, potência, área do coletor ou isolamento) e explique como variáveis termodinâmicas (temperatura, calor, fluxo) influenciam o desempenho. Indique também que tecnologias digitais (softwares, sensores) usaria para estimativas e testes.

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

Resposta esperada

Sugestão de protótipo: coletor solar plano (A ˜ 3 m², ?˜0,5) ligado a um reservatório de 100 L (m˜100 kg) com isolamento térmico (L˜0,05 m, k˜0,04 W·m?¹·K?¹). Estimativas: para elevar 100 kg de água 30 K, Q = 100·4200·30 = 1,26×10^7 J; com I média 600 W·m?² e ?=0,5 em 4 h (14400 s), energia/m² = 0,5·600·14400 = 4,32×10^6 J ? A˜2,9 m²; armazenamento e isolamento reduzem perdas (F = kA?T/L). Variáveis: maior ?T exige mais energia; perdas aumentam com gradiente térmico e menor espessura isolante. Tecnologias digitais: uso de planilhas e software de simulação térmica para cálculo de Q e fluxo, sensores de temperatura e registradores para validar desempenho, e controle lógico para otimizar circulação. Abordagem sustentável: materiais locais e recicláveis, recuperação de calor, análise de custo-benefício e avaliação de redução de consumo energético.

Explicação

A proposta apresenta um sistema viável e sustentável, utilizando um coletor solar e um reservatório bem dimensionados, além de considerar o isolamento térmico para minimizar perdas de calor. As variáveis termodinâmicas são abordadas de forma clara, destacando como a temperatura e o fluxo de calor impactam a eficiência do sistema. A inclusão de tecnologias digitais para simulação e monitoramento demonstra uma abordagem moderna e prática para otimizar o desempenho do protótipo.

Raio-X da questão

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