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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 57 do ENEM 2015

1º dia · Ciências da Natureza · H8 · Física: Primeira lei da termodinâmica

O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até -198\ ^\circ\text{C}. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.

MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br.
Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado).

No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela

  1. A
    expansão do nitrogênio durante a ebulição.
  2. B
    absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
  3. C
    realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
  4. D
    retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
  5. E
    liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
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Resolução comentada

O texto descreve duas etapas: a liquefação do nitrogênio, que usa o excedente de energia elétrica, e a ebulição, que devolve parte dessa energia ao girar as turbinas.

Para liquefazer o gás, o sistema elétrico alimenta compressores e refrigeradores. Eles realizam trabalho sobre o nitrogênio, comprimindo-o e resfriando-o até -198\ ^\circ\text{C}. Por isso o volume cai 700 vezes. A energia elétrica gasta vira energia armazenada no nitrogênio líquido, que está frio e comprimido, em estado de baixa energia térmica e alta capacidade de expansão.

Assim, o armazenamento ocorre na liquefação, quando se realiza trabalho sobre o gás.

As outras etapas não armazenam energia:

  1. A expansão na ebulição é a fase de recuperação, em que a energia é devolvida ao girar as turbinas.
  2. A absorção de calor na ebulição também é parte da recuperação, pois o líquido recebe calor do ambiente e se expande.
  3. Retirar água e \ce{CO2} apenas purifica o ar, para evitar que congelem e entupam o sistema.
  4. A liberação de calor na liquefação é consequência física da mudança de estado e não representa energia guardada.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA expansão do nitrogênio na ebulição é a etapa de recuperação da energia, não a de armazenamento.
  • BA absorção de calor na ebulição acontece na devolução da energia, quando o líquido volta a gás.
  • DA remoção de água e gás carbônico é só preparação do ar e não guarda energia.
  • EA liberação de calor na liquefação é uma perda para o ambiente, não o armazenamento da energia elétrica.

Assuntos: Primeira lei da termodinâmica, Mudanças de estado físico e calor latente.

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