Uma unidade móvel de vacinação precisa retirar 16 MJ de calor de um compartimento refrigerado durante uma…
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
Uma unidade móvel de vacinação precisa retirar 16 MJ de calor de um compartimento refrigerado durante uma rota. A equipe avalia um refrigerador ideal que opera em dois trechos, cada um com disponibilidade de 1,2 MJ de trabalho. No primeiro trecho, o compartimento está a 263 K e o ambiente externo a 303 K; no segundo, a temperatura do compartimento permanece em 263 K, mas o ambiente externo chega a 313 K. Para um refrigerador de Carnot, o coeficiente de desempenho é COP = Tc/(Th - Tc), e o calor retirado é Qc = COP x W, em que Tc é a temperatura do compartimento, Th é a temperatura externa e W é o trabalho fornecido. Determine o calor total máximo que o refrigerador pode retirar nos dois trechos e avalie, com base nesse resultado, se o trabalho disponível é suficiente para atender à necessidade de refrigeração da rota.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
No primeiro trecho, COP = 263/(303 - 263) = 6,575, então o refrigerador pode retirar 6,575 x 1,2 = 7,89 MJ. No segundo, COP = 263/(313 - 263) = 5,26, permitindo retirar 5,26 x 1,2 = 6,312 MJ. A retirada total máxima é 14,202 MJ, aproximadamente 14,2 MJ. Portanto, o trabalho disponível não é suficiente para retirar os 16 MJ necessários; faltam cerca de 1,8 MJ de capacidade de refrigeração.
Explicação
O aumento da temperatura externa reduz o COP de Carnot e, com o mesmo trabalho disponível, diminui o calor retirado. Somando as capacidades dos dois trechos, obtêm-se aproximadamente 14,2 MJ, abaixo dos 16 MJ exigidos.
Raio-X da questão
Coeficiente de desempenho de refrigerador de Carnot.
Aplicar o COP de Car
Substituição de valores em fórmulas e operações com unidades. · Interpretação de temperaturas absolutas em kelvin.
Dependência do COP em relação às temperaturas dos reservatórios.
Usar a mesma capacidade nos dois trechos, ignorando que o COP diminui quando a temperatura externa aumenta.
Saúde e conservação de vacinas.
Refrigeração de vaci
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