Insper 2020 (Engenharias) — questão 18 de Física

Enunciado em texto
O biogás formado nas estações de tratamento de esgoto pode ser empregado como combustível para geradores de energia elétrica. A coleta e a armazenagem desse gás é feita por meio de uma instalação construída sobre a lagoa de efluentes, onde ele é formado por decomposição dos dejetos orgânicos do esgoto. O compartimento de armazenagem do biogás tem capacidade volumétrica variável, mantendo o gás sob pressão constante. As imagens apresentam uma unidade de coleta de biogás e o seu esquema de construção.
[Foto: uma grande cobertura branca e abaulada sobre uma lagoa, cercada por uma grade, com árvores ao fundo.]
[Esquema: corte da lagoa de efluentes, com a superfície do líquido e, por cima, uma cúpula em forma de arco, indicada como “Domo flutuante para coleta de biogás”.]
(Norma técnica Sabesp NT5 230, junho de 2009.)
Considerando que, ao longo de um dia, a temperatura de uma massa fixa de biogás no compartimento de armazenagem variou da temperatura mínima de 17 ºC até a temperatura máxima de 47 ºC, calcula-se que a relação entre as densidades do biogás na temperatura mínima () e na temperatura máxima () é
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(Enunciado e figura: Vestibular Insper 2020 (1º semestre, Engenharias) — Insper.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Insper Instituto de Ensino e Pesquisa.
Resolução comentada
O que a questão pede: como a densidade de uma massa fixa de gás, a pressão constante, se compara entre 17 °C e 47 °C.
Passo 1 — as temperaturas absolutas. As leis dos gases só valem em kelvin:
Passo 2 — densidade a pressão constante. Para um gás ideal, . Com p e a massa molar M fixas, o produto d·T é constante: a densidade é inversamente proporcional à temperatura absoluta.
Ou seja, : no frio o gás é mais denso. Entre as alternativas, a que diz isso é a (C). (A conta exata dá 1,10; o 1,11 da alternativa vem de inverter 0,90, que é o arredondamento de 290/320 ≈ 0,906.)
Por que não as outras: (A) e (E) invertem o sentido, dando o gás mais denso no calor. (B) e (D) usam 17/47 ≈ 0,36, a razão das temperaturas em Celsius, que não vale nas leis dos gases.
⚠️ A armadilha: usar as temperaturas em °C: 17/47 ≈ 0,36 leva às alternativas (B) ou (D). Outra é achar que densidade cresce com a temperatura, como a pressão num recipiente fechado: aqui o volume aumenta e a mesma massa se espalha mais.
A ideia em uma frase: a pressão constante, a densidade de um gás é inversamente proporcional à temperatura em kelvin.
Resposta: alternativa C ().
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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