Questão 53 Unesp 2022 - 1ª fase - dia 2

A bomba de calor é um dispositivo eletromecânico que permite, a partir da energia elétrica, transferir calor de uma região de menor temperatura (região fria) para uma região de maior temperatura (região quente). Caso se deseje que o calor siga o fluxo oposto, este resultado pode ser obtido de forma espontânea, portanto, o uso de uma bomba de calor não se faz necessário. 

Como exemplos de bombas de calor, podemos citar: a geladeira e o ar condicionado seja no modo de resfriamento como no de aquecimento.

Ao construir uma máquina térmica, consideramos uma fonte de calor representada por uma região fria, que chamaremos de fonte fria, uma região quente, que chamaremos de fonte quente, a bomba de calor e o trabalho $\tau$, produzido por uma fonte externa de energia, conforme ilustrado na figura imediatamente abaixo.

Ao considerarmos, por exemplo, um ar condicionado operando na função de refrigeração, a fonte fria será o ambiente interno (região que desejamos resfriar), a fonte quente será o ambiente externo, a bomba de calor é o próprio dispositivo que geralmente trabalha comprimindo e expandindo um gás e a fonte de energia para realização de trabalho é a rede elétrica.

Normalmente usamos um dissipador de calor na parte externa das residências para que o calor retirado do interior seja transferido para o ambiente externo, como na figura abaixo:

Os aparelhos de ar condicionado comuns usam um gás inerte como elemento termodinâmico. Inicialmente este gás é comprimido aumentando, assim, sua temperatura; um circuito feito por tubos leva este gás até o trocador de calor na parte externa do ambiente; depois o gás é levado para o interior da residência e então expandido e, com isso, resfriado.

Um ar condicionado operando na função oposta é comprimido dentro da residência, aquecendo o interior (que passa a se comportar como fonte quente), e então levado para fora (que passa a operar como fonte fria), onde é expandido. É importante notar que o uso de bombas de calor no lugar de aquecedores comuns, como os resistivos, gera uma economia de energia uma vez que tanto energia elétrica quanto energia térmica extraída do ambiente externo são usadas para aquecer a parte interna.

Vamos analisar as alternativas apresentadas para verificar qual teria alguma relação com a bomba de calor.

a) Incorreta. Não há indicação, por parte do enunciado, de utilização de combustíveis fósseis, como petróleo e óleo diesel, para o funcionamento da bomba de calor. 

b) Incorreta. Não há indicação, por parte do enunciado ou da imagem, de utilização de combustível bioquímico, como aminoácidos, carboidratos, corpos cetônicos e lipídios, na bomba de calor. 

c) Correta. Conforme as explicações sobre bombas de calor no início desta resolução, a imagem nos permite perceber que o trocador de calor, apresentado na segunda figura desta resposta, pode ter sido substituído por tubulações no subsolo. De fato, o solo pode ser usado como fonte quente (durante o dia, em regiões mais rasas, devido à absorção da radiação solar) ou ainda como fonte fria, uma vez que a poucos metros de profundidade a temperatura do solo fica abaixo de 22 ºC ao longo de todo ano, temperatura considerada ideal para um conforto térmico¹.

É interessante notar que o termo "energia geotérmica" é normalmente empregado quando estamos falando de uma fonte quente, isto é, de uma fonte que fornece calor para ser convertido em outras formas de energia ou simplesmente transportado para um determinado ambiente, porém o mesmo termo é empregado quando usamos o subsolo como fonte fria, sendo então usada para receber calor².

É interessante notar que tal sistema costuma utilizar água para transportar calor¹, contrapondo ao sistema tradicional de geladeiras e ar condicionado.

Diante do exposto, podemos concluir que a alternativa está correta.

d) Incorreta. O problema nos pede que analisemos as trocas de calor a partir da estrutura do prédio e não há nenhum indicativo de movimento. Lembremos que as duas formas de energia mecânica são cinética e potencial, sendo que esta pode ser dividida em potencial gravitacional, potencial elétrica ou potencial elástica.

e) Incorreta. Não há indicação, por parte do enunciado, de utilização de energia mineral, como carvão ou material radioativo, para o funcionamento da bomba de calor.

Fontes utilizadas:

1- https://www.webarcondicionado.com.br/climatizacao-geotermica (acesso: 15/11/2021)

2- https://www.poli.usp.br/noticias/1703-poliusp-pesquisa-sistema-alternativo-de-ar-condicionado.html (acesso: 15/11/2021)