ENEM 2009 PPL — questão 22 de Física
Enunciado em texto
[Figura: sistema de aquecimento solar de água. No alto, uma caixa d’água (CAIXA D’ÁGUA); logo abaixo, um cilindro horizontal, o reservatório térmico (BOILER), ligado a ela por um tubo. Mais abaixo, duas placas escuras inclinadas (COLETORES) ligadas ao boiler por tubos; o ponto A marca a ligação do lado direito dos coletores e o ponto B, a extremidade inferior do lado esquerdo.]
A luz solar que atinge a parte superior da atmosfera terrestre chega a uma taxa constante de 135,2 mW/cm². Dessa radiação, apenas 50% conseguem chegar à superfície, pois parte dela é refletida pelas nuvens e absorvida pela atmosfera. A radiação solar pode ser aproveitada para aquecer água de reservatórios, entre outras aplicações. Um sistema básico para transformar energia solar em térmica é ilustrado na figura ao lado acima. Esse sistema é constituído de coletores solares e de um reservatório térmico, chamado boiler. Os coletores solares, geralmente, são feitos de materiais que absorvem bem a radiação solar, e o calor gerado nos coletores é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre. A água aquecida é armazenada no boiler. Dessa forma, a água é mantida quente para consumo posterior. A caixa de água fria alimenta o boiler, mantendo-o sempre cheio.
Disponível em: www.icb.ufmg.br. Acesso em: 22 jun. 2008 (adaptado).
É correto afirmar que os coletores solares permitem boa economia de energia, pois
a) se aplicam à produção tanto de energia térmica quanto elétrica.
b) constituem fonte energética alternativa aos combustíveis fósseis usados no transporte.
c) convertem energia radiante em energia térmica, que é usada no processo de aquecimento da água.
d) permitem economizar até 135,2 mWh de energia elétrica, que seriam gastos com aquecimento elétrico.
e) a energia luminosa coletada por eles pode ser usada para reduzir o número de lâmpadas usadas no ambiente.
(Enunciado e figura: ENEM 2009 PPL (2ª aplicação), Caderno 3 – Branco — INEP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: por que o aquecedor solar economiza energia.
Passo 1 — a transformação de energia. A placa escura do coletor absorve a radiação do Sol (energia radiante) e esquenta. Esse calor passa para a água nos tubos de cobre (bom condutor), e a água quente vai para o boiler. Energia radiante vira energia térmica, usada para aquecer a água.
Passo 2 — onde está a economia. A água chega quente ao chuveiro sem gastar eletricidade (ou gás) para aquecê-la. A energia vem de graça, do Sol.
Por que não as outras: (A) o coletor térmico não gera eletricidade; quem faz isso é o painel fotovoltaico, que é outro aparelho. (B) água quente não move carro: o coletor não substitui combustível de transporte. (D) 135,2 mW/cm² é uma taxa (potência por área), não uma quantidade de energia em mWh; além disso, esse valor é o do topo da atmosfera, e só metade chega ao chão. (E) a luz absorvida vira calor dentro do coletor; ela não ilumina o ambiente.
Conferindo os números do texto: na superfície chega metade de 135,2 mW/cm², ou seja, cerca de 67,6 mW/cm² = 676 W/m² (com o Sol a pino e céu limpo). Uma placa de 1 m² recebe a potência de algumas lâmpadas incandescentes juntas.
⚠️ A armadilha: a (D), que usa o número do texto. Ela troca potência (mW/cm²) por energia (mWh) e ainda ignora a perda de 50% na atmosfera.
A ideia em uma frase: o coletor solar transforma a energia radiante do Sol em energia térmica da água, que deixa de ser aquecida com eletricidade.
Resposta: alternativa C (convertem energia radiante em energia térmica para aquecer a água).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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