O gerente de uma empresa, buscando agir de modo ecologicamente correto, está elaborando um projeto para diminuir o consumo de energia elétrica, com a instalação de coletores solares para substituir o sistema de aquecimento elétrico da água. Para tal, levantou as seguintes informações:
*A empresa necessita, por minuto, de 6 litros de água aquecida a 60 ºC, sendo que a água se encontra à temperatura inicial de 20 ºC.
*A intensidade solar na superfície da Terra é de 600 W/m².
*Segundo os fabricantes dos coletores haveria uma perda total de 30% de calor no processo de aquecimento e transporte da água.
*A densidade da água é suposta constante no intervalo de temperatura, e igual a 1 g/cm³.
*O calor específico da água é: c = 1 cal/(g ºC) e a relação entre as unidades de energia é 1 cal = 4,2 J.
Partindo desses dados, determine a área de coletores, em m², que deve ser instalada para atender a demanda da empresa.
a) 40 m²
b) 20 m²
c) 84 m²
d) 168 m²
e) 10 m²
Respostas
Resposta:
40 m²
Explicação:
Q = m.c.Δt
A empresa necessita de 6L por minuto.
-A densidade da água é 1g/cm^3 ou 1g/ml.
6L = 6000ml logo vamos ter 6000g.
A água vai chegar em 20ºC e precisa passar pelo sistema e sair com 60ºC.
A variação será de 40ºC
A constante é 1 cal/ g.ºC
1 cal = 4,2J
Q= 6000 X 1 X 40 = 240.000 cal x 4,2 = 1.008.000 J
Essa é a energia necessária para esquentar essa massa de água em 1 minuto. Basta calcular quantos metros quadrados de coletores são precisos para fornecer essa energia.
O coletor capta 600w/m^2 com uma perda de 30%, logo só vamos contar com 70% da energia, além disso é preciso multiplicar a energia liberada por 60 para dar em minuto(já que W = j/s).
600w/m^2 = 600 j/s X 70/100 = 420 j/s X 60 = 25.200 J/min
Só mais uma regra de três e pronto.
1m^2 ------- 25.200J
X -------- 1.008.000J
X = 40m^2