Uma cooperativa agrícola precisa manter 500 kg de frutas próximas de 0 °C por 24 h durante transporte…

Questão

Uma cooperativa agrícola precisa manter 500 kg de frutas próximas de 0 °C por 24 h durante transporte. Estima-se que a troca de calor total do compartimento com o ambiente seja Q = 1,20×107 J. a) Calcule a massa de gelo (H2O(s) a 0 °C) necessária para absorver Q por fusão, usando ?Hfus = 6,01 kJ·mol?¹ (334 J·g?¹). b) Discuta qualitativamente, com base na conservação de massa e energia, as vantagens e desvantagens ambientais e operacionais de usar gelo (fusão) em comparação com refrigeração elétrica para essa operação.

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

Resposta esperada

a) Equação química da fusão: H2O(s) ? H2O(l), ?Hfus = +6,01 kJ·mol?¹ = 334 J·g?¹. Massa necessária: m = Q / (334 J·g?¹) = 1,20×107 J / 334 J·g?¹ ˜ 35928 g ˜ 35,9 kg de gelo. b) Discussão (modelo de resposta): - Conservação de massa: o gelo se transforma em água líquida; a massa total de água permanece, portanto é fácil de recuperar e reutilizar, reduzindo desperdício hídrico se bem manejado. - Conservação de energia: o gelo absorve Q via entalpia de fusão; entretanto, fabricar o gelo consome energia (eletricidade) em uma usina ou unidade local — portanto, o balanço energético total inclui a energia elétrica previamente gasta para produzir o gelo. - Vantagens do gelo: simplicidade logística, não requer equipamento elétrico a bordo, funcionamento passivo durante transporte, boa capacidade térmica por unidade de massa (alta entalpia de fusão), pode reduzir emissões locais durante o percurso. - Desvantagens do gelo: necessidade de produção e armazenamento prévio (consumo energético e possível emissão de CO2 dependendo da matriz energética), geração de água de degelo que exige manejo, limitação de duração dependendo da carga térmica. - Vantagens da refrigeração elétrica: controle contínuo da temperatura, menor massa adicional transportada, possibilidade de integrar fontes renováveis reduzindo emissões indiretas; eficiente em longos trajetos com energia disponível. - Desvantagens da refrigeração elétrica: consumo contínuo de energia durante o transporte, necessidade de equipamento (compressor) e manutenção, emissões diretas/indiretas dependentes da fonte de eletricidade. Conclusão orientadora: a escolha sustentável depende do ciclo completo (energia para produzir gelo vs energia usada na refrigeração), da matriz energética local e da logística. Em regiões com eletricidade renovável, refrigeração elétrica pode ter menor pegada de carbono; em rotas curtas ou sem acesso confiável a energia, o uso de gelo pode ser mais apropriado. Em todos os casos aplicar a conservação de massa/energia permite quantificar necessidades e impactos e orientar decisões operacionais sustentáveis.

Explicação

A solução apresentada aborda de forma clara o cálculo da massa de gelo necessária para absorver a quantidade de calor especificada, utilizando a relação entre calor e entalpia de fusão. Além disso, a discussão qualitativa considera aspectos fundamentais da conservação de massa e energia, avaliando as vantagens e desvantagens de cada método de refrigeração, o que é essencial para uma análise crítica e sustentável. Essa abordagem permite compreender as implicações ambientais e operacionais envolvidas na escolha entre gelo e refrigeração elétrica.

Raio-X da questão

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