ENEM 2019 PPL — questão 115 de Física
Enunciado em texto
Em uma residência com aquecimento central, um reservatório é alimentado com água fria, que é aquecida na base do reservatório e, a seguir, distribuída para as torneiras. De modo a obter a melhor eficiência de aquecimento com menor consumo energético, foram feitos alguns testes com diferentes configurações, modificando-se as posições de entrada de água fria e de saída de água quente no reservatório, conforme a figura. Em todos os testes, as vazões de entrada e saída foram mantidas iguais e constantes.
[Figura: reservatório cilíndrico horizontal. À esquerda, três entradas possíveis numeradas 1 (superior), 2 (meio) e 3 (inferior), marcadas "Entrada". À direita, três saídas possíveis numeradas 4 (superior), 5 (meio) e 6 (inferior), marcadas "Saída". Sob a base do reservatório está indicado o "Elemento aquecedor".]
A configuração mais eficiente para a instalação dos pontos de entrada e saída de água no reservatório é, respectivamente, nas posições
a) 1 e 4. b) 1 e 6. c) 2 e 5. d) 3 e 4. e) 3 e 5.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O fenômeno que resolve a questão é a convecção. Ao ser aquecida, a água se dilata, fica menos densa e sobe; a água fria, mais densa, desce. Num reservatório aquecido pela base, isso produz uma estratificação estável: mais quente em cima, mais fria em baixo.
As duas decisões são independentes. Vamos uma de cada vez.
Onde entra a água FRIA? Na posição 3, a mais baixa. Três razões, e as três empurram para o mesmo lado:
• É onde ela naturalmente iria parar de qualquer jeito (é a mais densa) — entrar ali não perturba a estratificação;
• É junto ao elemento aquecedor, que fica na base: a água fria vai direto para onde é aquecida;
• Se ela entrasse em cima (posição 1), misturaria com a água já quente e a esfriaria — jogando fora energia que já foi gasta. Esse é exatamente o desperdício que a questão quer que você evite.
De onde sai a água QUENTE? Da posição 4, a mais alta — é onde está a água mais quente do reservatório. Retirar do meio ou de baixo entregaria água morna às torneiras e obrigaria o aquecedor a trabalhar mais.
Resposta: entrada em 3, saída em 4.
O princípio geral, que vale além desta questão: em qualquer trocador de calor, você quer preservar a estratificação, não destruí-la. Alimentar pelo lado frio e retirar pelo lado quente mantém o gradiente; alimentar por cima destrói o trabalho já feito.
Por que as outras caem:
• A (1 e 4): saída certa, entrada errada — a água fria entrando pelo topo esfria a quente.
• B (1 e 6): as duas erradas, e é a pior de todas: fria entra em cima e sai a mais fria embaixo.
• C (2 e 5): as duas no meio. Não é absurdo, mas é intermediário em tudo — pior que os extremos.
• E (3 e 5): entrada certa, mas retira água morna do meio em vez da mais quente do topo.
Onde você já viu isso funcionando: é a razão de o congelador ficar em cima nas geladeiras antigas (o ar frio desce e resfria o resto), de o aquecedor de ambiente ficar no chão e do ar-condicionado ficar no alto.
A ideia em uma frase: água quente sobe — então alimente por baixo, junto do aquecedor, e retire por cima, onde está o mais quente.
Resposta: alternativa D.
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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