Questão 102 do ENEM PPL 2019

2º dia · Ciências da Natureza

Em uma residência com aquecimento central, um reservatório é alimentado com água fria, que é aquecida na base do reservatório e, a seguir, distribuída para as torneiras. De modo a obter a melhor eficiência de aquecimento com menor consumo energético, foram feitos alguns testes com diferentes configurações, modificando-se as posições de entrada de água fria e de saída de água quente no reservatório, conforme a figura. Em todos os testes, as vazões de entrada e saída foram mantidas iguais e constantes.

Esquema de um reservatório cilíndrico horizontal com um elemento aquecedor na parte inferior. No lado esquerdo, indicado pela seta de "Entrada", há três tubos numerados de cima para baixo de 1 a 3. No lado direito, indicado pela seta de "Saída", há três tubos numerados de cima para baixo de 4 a 6.

A configuração mais eficiente para a instalação dos pontos de entrada e saída de água no reservatório é, respectivamente, nas posições

  1. A
    1 e 4.
  2. B
    1 e 6.
  3. C
    2 e 5.
  4. D
    3 e 4.
  5. E
    3 e 5.
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Resolução comentada

O aquecimento acontece por convecção: a água aquecida na base fica menos densa e sobe, enquanto a água fria, mais densa, desce. Isso forma uma camada quente em cima e uma fria embaixo.

Para a melhor eficiência, a água fria que entra deve ficar perto do aquecedor, para ser aquecida logo. A água quente que sai deve ser retirada do ponto onde ela se acumula, no alto do reservatório.

  1. Entrada: a água fria deve entrar na parte de baixo, perto do aquecedor. É a posição 3.
  2. Saída: a água quente se acumula no topo. É a posição 4.

As outras combinações têm problemas:

  • Entrada em cima (1 ou 2): a água fria, mais densa, desce e se mistura com a quente, ou desvia direto para a saída. O aquecimento fica pior.
  • Saída embaixo (5 ou 6): sai água ainda fria ou morna, pois a região próxima ao fundo tem água mais fria.

Entrada em 3 e saída em 4 é a configuração que aproveita a estratificação térmica e a convecção, entregando água mais quente com menos gasto de energia.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aa entrada em cima faz a água fria descer e se misturar, ou sair rápido, sem ser bem aquecida.
  • Bentrada no alto e saída embaixo: a água sai fria, sem aproveitar a convecção.
  • Cas duas posições são intermediárias, com mistura de água fria e quente e saída de água morna.
  • Ea entrada está correta, mas a saída na posição 5 fica no meio, onde a água é mais fria que no topo.

Assuntos: convecção térmica, densidade e temperatura, transmissão de calor.

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