Correção ITA 2027 · MatemáticaAcompanhe a resolução de cada questão da 2ª fase, ao vivoAcompanhar

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 5 (Física) da 2ª fase do ITA 2019

Física · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Texto-base das questões 01 a 10 · Física

Quando precisar use os seguintes valores para as constantes:

Aceleração da gravidade g = 10\ \text{m/s}^2, permeabilidade magnética do vácuo \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\ \text{N/A}^2, massa molar do neônio M_{Ne} = 20\ \text{g/mol} e massa molar do nitrogênio gasoso M_{N_2} = 28\ \text{g/mol}.

Uma empresa planeja instalar um sistema de refrigeração para manter uma sala de dimensões 4{,}0\text{ m} \times 5{,}0\text{ m} \times 3{,}0\text{ m} a uma temperatura controlada em torno de 10^\circ\text{C}. A temperatura média do ambiente não controlado é de 20^\circ\text{C} e a sala é revestida com um material de 20\text{ cm} de espessura e coeficiente de condutibilidade térmica de 0{,}60\text{ W/m}^\circ\text{C}. Sabendo que a eficiência do sistema de refrigeração escolhido é igual a 2{,}0 e que o custo de 1\text{ kWh} é de R$ 0,50, estime o custo diário de refrigeração da sala.

Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

a) O sistema precisa retirar da sala, a cada instante, o calor que entra por condução pelo revestimento. Assim a temperatura se mantém constante em regime estacionário.

  1. Área total das paredes, piso e teto:

    A = 2(4{,}0\cdot5{,}0 + 4{,}0\cdot3{,}0 + 5{,}0\cdot3{,}0) = 2(20+12+15) = 94\ \text{m}^2

  2. Fluxo de calor pela lei de Fourier, com \Delta T = 20-10 = 10\ ^\circ\text{C} e L = 0{,}20\ \text{m}:

    \Phi = \frac{kA\,\Delta T}{L} = \frac{0{,}60\cdot 94\cdot 10}{0{,}20} = 2\,820\ \text{W}

  3. A eficiência do refrigerador é a razão entre o calor retirado da sala e o trabalho (energia elétrica) consumido:

    \varepsilon = \frac{Q}{\tau} \Rightarrow P_{el} = \frac{\Phi}{\varepsilon} = \frac{2\,820}{2{,}0} = 1\,410\ \text{W} = 1{,}41\ \text{kW}

  4. Energia consumida em um dia:

    E = 1{,}41\ \text{kW}\cdot 24\ \text{h} \approx 33{,}8\ \text{kWh}

  5. Custo diário:

    C = 33{,}8\cdot 0{,}50 \approx \text{R\$ } 16{,}90

Considerei que todas as faces, inclusive o piso, têm o mesmo revestimento. O custo estimado é de cerca de R$ 17 por dia.

Assuntos: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação, Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica, Consumo de energia elétrica e instalações residenciais.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 5 no caderno Física da 2ª fase do ITA 2019

Fonte: ITA 2ª fase 2019 · Física. Prova oficial ↗