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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 54 — Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram…

ENEM 2016 Questão 54

Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de $25\ ^{\circ}\text{C}$, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com $1{,}0\ \text{MW}$ de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, $3\ ^{\circ}\text{C}$ em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a $4\ \text{kJ/(kg}\ ^{\circ}\text{C)}$.

Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de

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Resolução

Resposta correta: Letra C — 167.

A questão aborda o cálculo do fluxo mínimo de água necessário para a refrigeração de uma usina, um tema clássico de termodinâmica aplicado à engenharia e física. Para resolver, é necessário compreender o conceito de calor sensível, que é a quantidade de energia transferida para a água para que ela absorva o calor rejeitado pela usina sem ultrapassar o limite de aumento de temperatura permitido. O cálculo envolve a equação $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, onde $Q$ é o calor a ser removido, $m$ é a massa de água (ou fluxo mássico, em kg/s), $c$ é o calor específico da água e $\Delta T$ é a variação de temperatura permitida. O raciocínio é: sabendo o calor a ser removido e o quanto a água pode aquecer, calcula-se o fluxo mínimo necessário para garantir que a água não ultrapasse o limite de temperatura. A alternativa correta é aquela cujo valor de fluxo mássico atende a essa condição.

Comentários por alternativa

  1. A 42.
    A alternativa A apresenta um valor muito baixo de fluxo mássico, o que não seria suficiente para absorver todo o calor rejeitado pela usina sem ultrapassar o limite de aumento de temperatura da água.
  2. B 84.
    A alternativa B também subestima o fluxo necessário, levando a um aquecimento excessivo da água, o que não atenderia à determinação de segurança ambiental ou operacional.
  3. C 167.
    A alternativa C está correta porque representa o valor mais próximo do fluxo mínimo calculado pela equação do calor sensível, garantindo que a água absorva o calor rejeitado sem exceder o aumento de temperatura permitido.
  4. D 250.
    A alternativa D superestima o fluxo necessário, indicando um excesso de água, o que pode ser economicamente inviável e desnecessário para a refrigeração eficiente.
  5. E 500.
    A alternativa E é um valor muito alto, bem acima do necessário, desconsiderando a otimização do uso de recursos hídricos e a eficiência do sistema.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

1 / 7
1. O que é fluxo mássico em um sistema de refrigeração?
É a quantidade de massa de fluido (água) que passa por um ponto do sistema por unidade de tempo, geralmente em kg/s.
2. Qual equação relaciona calor sensível, massa, calor específico e variação de temperatura?
A equação é $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, onde $Q$ é o calor, $m$ a massa, $c$ o calor específico e $\Delta T$ a variação de temperatura.
3. Por que é importante limitar o aumento de temperatura da água em sistemas de refrigeração?
Para evitar danos ambientais, proteger a fauna e flora aquática e garantir a eficiência do sistema térmico.
4. O que representa o calor específico da água?
É a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água em 1 °C, geralmente cerca de $4{,}18\ \text{kJ/kg} \cdot \text{°C}$.
5. Como calcular o fluxo mínimo de água para absorver uma quantidade de calor?
Divide-se o calor a ser absorvido pelo produto do calor específico da água e a variação máxima permitida de temperatura: $m = \frac{Q}{c \cdot \Delta T}$.
6. O que pode acontecer se o fluxo de água for insuficiente em uma usina?
A água pode aquecer além do permitido, prejudicando o meio ambiente e a eficiência do sistema de refrigeração.
7. Por que não se deve superdimensionar o fluxo de água em sistemas industriais?
Porque isso aumenta custos operacionais e pode causar desperdício de recursos naturais, sem ganhos reais de eficiência.

Treino guiado

Detonando o Tema

O DIMVS vai preparar 3 perguntas sobre o mesmo tema desta questão: uma fácil, uma média e uma difícil.

1. Comece pelo fácil 2. Suba para o médio 3. Feche no difícil

Ao responder, você vê a resolução, comentários das alternativas e flashcards. No fim, o resultado mostra seu domínio do tema.