Insper 2020 (Engenharias) — questão 18 de Física

Gabarito CGases — densidade de um gás a pressão constante em duas temperaturasProcesso Seletivo 1º semestre · Engenharias · Caderno 2 (Ciências da Natureza), versão 1
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 18 de Física do Insper 2020 (Engenharias)

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 (d1d_1) e na temperatura máxima (d2d_2) é

(A) d1=d2×0,90d_1 = d_2 \times 0{,}90

(B) d1=d2×0,36d_1 = d_2 \times 0{,}36

(C) d1=d2×1,11d_1 = d_2 \times 1{,}11

(D) d2=d1×0,36d_2 = d_1 \times 0{,}36

(E) d2=d1×1,11d_2 = d_1 \times 1{,}11

(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:

T1=17+273=290 KT_1 = 17 + 273 = 290\ \text{K}

T2=47+273=320 KT_2 = 47 + 273 = 320\ \text{K}

Passo 2 — densidade a pressão constante. Para um gás ideal, pM=d R TpM = d\,R\,T. Com p e a massa molar M fixas, o produto d·T é constante: a densidade é inversamente proporcional à temperatura absoluta.

d1 T1=d2 T2⇒d1d2=T2T1d_1\,T_1 = d_2\,T_2 \Rightarrow \frac{d_1}{d_2} = \frac{T_2}{T_1}

d1d2=320290≈1,10\frac{d_1}{d_2} = \frac{320}{290} \approx 1{,}10

Ou seja, d1≈d2×1,1d_1 \approx d_2 \times 1{,}1: 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 (d1=d2×1,11d_1 = d_2 \times 1{,}11).

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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