Na figura a seguir está representado um esquema simplificado de um sistema de aquecimento de água através da energia solar.
O principal elemento desse sistema é o coletor solar, que consiste em uma tubulação por onde circula água, que entra por uma extremidade e sai outra, a uma temperatura bem maior do que a de entrada. Note que essa tubulação está contida em uma caixa metálica e coberta por uma placa de vidro.
Com base nas características térmicas dos materiais e nos processos de transmissão de calor, responda:
a) A tubulação de água do coletor solar é solidária à aleta de alumínio pintada de preto e é o primeiro elemento a ser aquecido nesse sistema. Qual é o nome do processo de transferência de calor que permite o aquecimento da tubulação? Por que a aleta é pintada de preto? Justifique.
b) Qual é o nome do processo de transferência de calor que se dá da tubulação para a água? Para que esse processo seja mais eficiente, que tipo de material você sugeriria para a construção da tubulação? Justifique.
c) O aquecimento ocorrido no coletor solar promove uma circulação da água entre o reservatório e o coletor que, por sua vez, inicia um processo de transferência de calor por toda a água do sistema. Que nome damos a esse processo de transferência de calor? Esse é um processo espontâneo ou é forçado? Por que ele ocorre? Justifique.
d) Qual a função da placa de vidro que cobre o coletor solar? Qual efeito térmico que se evidencia em sua utilização?
e) O reservatório deve manter a água aquecida por um longo período. O que você sugeriria para que isso ocorresse de maneira eficiente?
(25 pontos)
Soluções para a tarefa
Resposta:
a) O aquecimento do conjunto tubulação + aleta se dá por irradiação térmica. A aleta é pintada de preto para que possa absorver melhor a radiação solar.
b) O aquecimento da água é feito por condução térmica. Para tornar mais eficiente esse processo, a tubulação deve ser feita de um material que seja um bom condutor de calor, como por exemplo, um metal. Geralmente se utiliza o cobre nessas tubulações.
c) A circulação de água por todo o sistema constitui um processo de transferência de calor denominado convecção térmica. Esse processo ocorre de maneira espontânea devido à diminuição da densidade da água aquecida.
d) A função da placa de vidro é permitir que a radiação solar penetre no coletor e aprisione tanto a radiação infravermelha quanto o ar quente, proporcionando o efeito estufa.
e) Os reservatórios, mais conhecidos como boiler, são construídos em metal e revestidos internamente de um material isolante térmico. Em alguns deles há também um circuito elétrico com um resistor, como o de um chuveiro elétrico, que permite o aquecimento da água durante longos períodos nublados e chuvosos.
Resposta:
a) O aquecimento do conjunto tubulação + aleta se dá por irradiação térmica. A aleta é pintada de preto para que possa absorver melhor a radiação solar.
b) O aquecimento da água é feito por condução térmica. Para tornar mais eficiente esse processo, a tubulação deve ser feita de um material que seja um bom condutor de calor, como por exemplo, um metal. Geralmente se utiliza o cobre nessas tubulações.
c) A circulação de água por todo o sistema constitui um processo de transferência de calor denominado convecção térmica. Esse processo ocorre de maneira espontânea devido à diminuição da densidade da água aquecida.
d) A função da placa de vidro é permitir que a radiação solar penetre no coletor e aprisione tanto a radiação infravermelha quanto o ar quente, proporcionando o efeito estufa.
e) Os reservatórios, mais conhecidos como boiler, são construídos em metal e revestidos internamente de um material isolante térmico. Em alguns deles há também um circuito elétrico com um resistor, como o de um chuveiro elétrico, que permite o aquecimento da água durante longos períodos nublados e chuvosos.
Explicação:
confia na mãe