O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de…

25 de janeiro de 201516 de junho de 2021 admin

(Enem 2009) 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 °C^-1 = 4.200 J kg^-1 °C^-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

a) 15 m e 21 m.

b) 22 m e 30 m.

c) 105 m e 125 m.

d) 680 m e 710 m.

e) 6.700 m e 7.150 m.

Resolução

Primeiramente, precisamos calcular o calor (Q) necessário para aquecer 1 tonelada (1.000 kg) de água de 20 ºC para 100 °C. Para isso, vamos utilizar a seguinte fórmula:

onde:

Q = calor
m = massa
c = calor específico
∆T = variação da temperatura

Então, substituindo os valores informados no enunciado, temos:

Podemos calcular a potência empregada no aquecimento da água, para isso basta dividirmos o calor, calculado anteriormente, pelo intervalo de tempo que, segundo o enunciado, é de 1 hora (3.600 segundos).

De acordo com o enunciado, a insolação na região é igual a 800 watts por metro quadrado. Assim, podemos calcular a área na qual a potência solar seja igual ao calor necessário para aquecer 1 tonelada de água.

Por fim, para encontrar o comprimento linear (C) do refletor, basta utilizar a fórmula da área de um retângulo, e substituir os valores conhecidos, como mostrado abaixo.