Questão 118 Enem 2020 - dia 2 - Ciências da natureza e suas tecnologias
Os manuais de refrigerador apresentam a recomendação de que o equipamento não deve ser instalado próximo a fontes de calor, como fogão e aquecedores, ou em local onde incida diretamente a luz do sol. A instalação em local inadequado prejudica o funcionamento do refrigerador e aumenta o consumo de energia.
O não atendimento dessa recomendação resulta em aumento do consumo de energia porque
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o fluxo de calor por condução no condensador sofre considerável redução.
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| b) |
a temperatura da substância refrigerante no condensador diminui mais rapidamente.
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| c) |
o fluxo de calor promove significativa elevação da temperatura no interior do refrigerador.
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| d) |
a liquefação da substância refrigerante no condensador exige mais trabalho do compressor.
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| e) |
as correntes de convecção nas proximidades do condensador ocorrem com maior dificuldade.
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A figura a seguir esquematiza o funcionamento de um refrigerador:
Figura 1
O lado esquerdo representa a região a que se deseja resfriar (que chamaremos de fonte fria, podendo ser o interior de uma geladeira, por exemplo) enquanto o lado direito representa a região para onde queremos jogar o calor (região que será chamada de fonte quente). A função do compressor é aumentar a pressão do gás que se desloca do lado esquerdo para o direito (na parte superior do desenho), pois assim o gás comprimido irá sofrer um aumento de temperatura (deverá ficar mais quente que a fonte quente) e este gás quente irá se resfriar, perdendo calor para a fonte quente. Como exemplo de trocadores de calor na fonte quente temos as serpentinas das geladeiras (figura 2).
Figura 2
Ainda na figura 1, quando o gás sob alta pressão retorna por baixo no esquema, ele já perdeu calor para o meio externo e então sofre uma expansão, reduzindo a sua temperatura para um valor abaixo da temperatura da fonte fria, podendo assim receber calor da fonte fria. De forma esquemática, temos a representação de um refrigerador representado na figura 3.
Figura 3
Note que como resultado, para cada ciclo (ou intervalo de tempo específico enquanto o sistema está em funcionamento) temos uma quantidade de calor é extraída da fonte fria, uma quantidade de calor é levada para a fonte quente e o custo energético desta operação é o trabalho realizado pelo compressor.
Se colocarmos o trocador de calor próximo a superfícies quentes seria o mesmo que aumentar a temperatura da fonte quente, assim é necessário que o compressor realize mais trabalho sobre o gás para que ele possa levar a mesma quantidade de calor a partir da fonte fria, isto é, o aumento do consumo de energia é justificado pelo aumento do trabalho por unidade de tempo realizado pelo compressor, o que nos leva à alternativa D.
Com isso, vamos analisar cada alternativa apresentada no enunciado:
a) Incorreta. O condensador é o trocador de calor com a fonte quente (veja esquema na figura 4). O aumento da temperatura da fonte quente implica num aumento do fluxo de calor por condução no condensador uma vez que o compressor realizará um maior trabalho sobre o gás fazendo com que mais calor seja enviado para a fonte quente.
Figura 4
Para entender melhor como aumenta o calor trocado no condensador podemos usar a conservação de energia:
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Isto é, tanto a energia removida da fonte quente quanto a energia adicional dada ao gás através do trabalho devem ser levadas para a fonte quente.
b) Incorreta. Se a substância resfriar mais rapidamente no condensador teremos o efeito contrário: maior facilidade de troca de calor com a fonte quente e, com isso, menor consumo de energia.
c) Incorreta. Assumindo que o refrigerador deverá manter a fonte fria com a mesma temperatura não faz sentido pensar que sua temperatura irá aumentar. O principal efeito da instalação em local inadequado é o aumento do consumo de energia justamente para manter a temperatura no interior do refrigerador estável.
d) Correta. Conforme explicado anteriormente, a instalação em local inadequado aumenta o trabalho do compressor, devido às elevadas temperaturas da fonte quente.
e) Incorreta. As correntes de convecção que possuem importância para um refrigerador são as que ocorrem na fonte fria (interior da geladeira, por exemplo). Um aumento da temperatura da fonte quente irá acarretar um aumento do consumo da energia elétrica para que a temperatura da fonte fria seja a mesma. O condensador, conforme explicado anteriormente é o trocador de calor da fonte quente, portanto, o efeito da instalação em local inadequado é o aumento da temperatura da fonte quente e não um aumento da dificuldade das correntes de convecção.