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.
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.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução
- Física Térmica – Calorimetria (troca de calor), convecção e densidade
🔢 Nível da Questão
🔹Fácil — depende de lógica física simples e conceitos intuitivos sobre densidade e aquecimento de fluidos.
✅ Gabarito
- D) 3 e 4
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
““A configuração mais eficiente para a instalação dos pontos de entrada e saída de água no reservatório é, respectivamente, nas posições:”
O comando pede que identifiquemos a entrada e a saída de água no reservatório de forma que se atinja a melhor eficiência de aquecimento, ou seja, a menor perda de energia térmica e a maior entrega de água quente às torneiras.
🔍 Palavras-chave:
- “Eficiência de aquecimento” → queremos esquentar a água da forma mais eficaz.
- “Entrada de água fria” e “saída de água quente”
- “Reservatório com aquecimento na base”
🎯 Objetivo: encontrar a melhor posição para:
- Entrada da água fria (deve chegar próxima ao aquecedor)
- Saída da água quente (deve sair do ponto mais aquecido)
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
🔥 Como funciona o aquecimento da água?
- A água fria é mais densa que a quente → ela tende a descer.
- A água quente é menos densa → tende a subir.
- Esse movimento cria uma corrente de convecção natural no reservatório.
🧊 Entrada ideal:
- Para aquecer com eficiência, a água fria deve entrar próxima ao aquecedor, que está na base do reservatório.
💨 Saída ideal:
- A água quente tende a se acumular na parte superior do reservatório.
- Logo, a saída deve estar no topo, no lado oposto da entrada (para que o calor se espalhe e aproveite o fluxo ascendente).
🧠 Passo 3: Interpretação e Tradução do Texto
📌 O texto apresenta:
- Um esquema com seis pontos numerados (1 a 3 para entrada, 4 a 6 para saída).
- O aquecedor está na base central do reservatório.
🗨️ O texto ainda reforça que:
“As vazões de entrada e saída foram mantidas iguais e constantes.”
Ou seja, o volume de água que entra é igual ao que sai — o que nos permite focar apenas na posição física dos tubos para otimizar o aquecimento.
⚙️ Passo 4: Desenvolvimento de Raciocínio
Vamos pensar logicamente:
➡️ Entrada da água fria:
- A posição ideal é aquela mais próxima do aquecedor, para que a água fria entre já sendo aquecida.
- A posição 3 é a mais baixa, justamente acima do aquecedor → ideal para a entrada da água fria.
➡️ Saída da água quente:
- A água quente sobe, por ser menos densa.
- Logo, a melhor saída é o ponto mais alto e mais distante do ponto de entrada, para garantir que a água fez o “caminho de aquecimento”.
- A posição 4, no lado oposto à entrada e no topo, é a melhor para a saída da água quente.
💡 Essa configuração garante que a água percorra todo o interior do reservatório, aproveitando o calor antes de sair.
📘Passo 5: Análise de Alternativas
Vamos avaliar uma por uma:
A) 1 e 4 ❌
Entrada em 1 (acima do aquecedor) e saída em 4 (boa posição).
🔻 Erro: a entrada está alta demais, não aproveita o calor da base. A água fria ficaria mal posicionada para aquecer.
B) 1 e 6 ❌
Entrada alta (ruim), e saída lateral inferior (péssima para tirar água quente).
🔻 Erro duplo: entrada distante do calor e saída onde a água ainda está fria.
C) 2 e 5 ❌
Intermediário tanto na entrada quanto na saída.
🔻 Erro: menos eficiente, pois não aproveita a base quente nem a parte superior do reservatório.
D) 3 e 4 ✅
✔️ Entrada mais baixa possível (ideal para a água fria)
✔️ Saída mais alta e no lado oposto (ideal para a água quente)
💡 Correta. Essa é a configuração mais eficiente.
E) 3 e 5 ❌
Entrada está correta (3), mas a saída (5) é intermediária.
🔻 Erro: a água pode não estar suficientemente quente ao chegar a essa saída
🎯 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
A melhor eficiência térmica ocorre quando:
- A água fria entra perto do aquecedor (posição 3).
- A água quente sai da parte superior oposta (posição 4).
Essa disposição aproveita a diferença de densidade entre água fria e quente, maximizando o aproveitamento do calor gerado na base.
✅ Assim, a alternativa correta é:
D) 3 e 4
