Pregunta de Ciências da Natureza e suas Tecnologias #019e5c0d
O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação — potência solar incidente na superfície da Terra — seja de 800 watts/m². Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 °C. O calor desse óleo é transferido para a água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica.
Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m² de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g⁻¹ ºC⁻¹ = 4.200 J kg⁻¹ ºC⁻¹, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m³ (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre
15 m e 21 m.
22 m e 30 m.
105 m e 125 m.
680 m e 710 m.
6.700 m e 7.150 m.
Explicación Oficial / Explicaciones de la Comunidad
Para resolver a questão, calculamos a energia necessária para aquecer a água: Q=m⋅c⋅ΔT=1000kg⋅4200J/kg∘C⋅(100−20)∘C=3,36×108J. Essa energia deve ser fornecida em 1 hora (3600 s), então a potência necessária é P=Q/Δt=3,36×108/3600≈93333W. A potência solar incidente por metro quadrado é 800W/m2, mas o refletor tem largura de 6 m, então a área coletora por metro linear é 6m2 por metro de comprimento. A potência captada por metro linear é 800×6=4800W/m. O comprimento necessário é L=Pnecessaˊria/Ppor metro=93333/4800≈19,44m. Esse valor está entre 15 m e 21 m, correspondendo à alternativa correta. As demais alternativas resultam de erros comuns: usar massa de 1 g em vez de 1 t, esquecer de converter unidades, ou inverter cálculos de área.