Projete, para uso em uma comunidade rural, um sistema de armazenamento térmico que utilize mudança reversível…

Questão

Projete, para uso em uma comunidade rural, um sistema de armazenamento térmico que utilize mudança reversível de fase. Descreva: (a) o material escolhido com fórmula química; (b) valor típico de ?Hfus utilizado; (c) cálculo da energia armazenada por kg; (d) faixa de operação de temperatura; (e) mecanismo de carga/descarga e como avaliar experimentalmente a reversibilidade em termos de conservação de massa e energia; (f) duas medidas para reduzir perdas e aumentar sustentabilidade.

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

Resposta esperada

escolha água (H2O) como material de mudança de fase — fusão/solidificação entre 0 °C e 0 °C; ?Hfus ˜ 334 kJ·kg-1 (6,01 kJ·mol-1). Energia armazenada por massa: E = ?Hfus = 334 kJ·kg-1; para 1000 kg (1 m3) ? 334 MJ. Faixa de operação: manter sistema próximo de 0 °C para maximizar troca latente. Mecanismo de carga: usar bomba de calor ou trocadores com coletores solares térmicos para remover calor e congelar a água; descarga: absorção de calor ambiente que provoca fusão liberando energia útil. Avaliação da reversibilidade: medir massa antes/depois (verificar perdas por evaporação) e efetuar balanço energético em ciclos sucessivos (medir calor trocado com calorímetros ou sensores de fluxo/temperatura) — reversibilidade ideal implica manutenção de massa e de ?H aparente por muitos ciclos. Medidas para reduzir perdas e aumentar sustentabilidade: (1) tanque hermético e boa isolação térmica para reduzir perda por evaporação e ganhos indesejados; (2) integrar com fonte renovável (solar térmico ou excedente elétrico fotovoltaico) para carga, e sistemas de recuperação de calor para reduzir demanda energética. Observações sobre sustentabilidade e conservação: mudança de fase da água é física (sem reação química), portanto massa é conservada; energia é trocada na forma de calor latente e deve ser contabilizada em balanços energéticos para verificar eficiência; monitoramento de temperatura, massa e energia por ciclo permite prever desempenho e necessidade de manutenção. Alternativas de PCM (se temperaturas maiores forem necessárias) incluem parafinas lineares (ex.: n-octadecano, C18H38) com ?Hfus na ordem de 200–250 kJ·kg-1; a seleção depende de temperatura de serviço, custo e impacto ambiental.

Explicação

A escolha da água como material de mudança de fase é adequada devido à sua alta capacidade de armazenamento de energia latente e faixa de temperatura favorável para aplicações térmicas. O uso de um sistema hermético e a integração com fontes de energia renovável garantem eficiência e sustentabilidade, minimizando perdas. A avaliação da reversibilidade através de medições de massa e balanços energéticos assegura a eficácia do sistema ao longo do tempo.

Raio-X da questão

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