Aquecedores solares são equipamentos utilizados para o aquecimento de água pelo calor do Sol. São compostos por coletores solares, nos quais ocorre o aquecimento da água, e por um reservatório térmico, em que é armazenada a água quente para ser utilizada posteriormente. A figura ilustra esquematicamente como funciona esse equipamento.
O processo pelo qual ocorre transferência de calor dos coletores solares para o reservatório térmico é a
A) difusão.
B) absorção.
C) condução.
D) irradiação.
E) convecção.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Física (termodinâmica e transferência de calor).
- Conhecimento prático sobre sistemas de aquecimento solar.
Nível da Questão: Fácil
Gabarito: Letra E
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando da questão:
Identificar qual o processo de transferência de calor ocorre entre os coletores solares e o reservatório térmico no sistema descrito.
Palavras-chave:
- Transferência de calor.
- Coletor solar.
- Reservatório térmico.
- Convecção.
Objetivo:
Determinar o mecanismo de transferência de calor responsável por levar o calor do coletor solar até o reservatório.
Dica Geral:
⚠️ Preste atenção ao movimento do fluido (água), pois é comum que sistemas de aquecimento solar utilizem a convecção como mecanismo principal para transferir calor.
2º Passo: Tradução e Interpretação da Questão
O aquecedor solar funciona da seguinte forma:
- Radiação solar: o coletor solar absorve a radiação do Sol, convertendo-a em calor.
- Aquecimento da água: o calor transferido aquece a água dentro do coletor solar.
- Movimento da água aquecida: devido à diferença de densidade causada pelo aquecimento, a água quente sobe naturalmente para o reservatório, enquanto a água fria desce para o coletor, completando o ciclo.
Conclusão parcial:
A transferência de calor ocorre por convecção, um processo em que o calor é transportado pelo movimento do fluido devido à diferença de densidade.
3º Passo: Explicação de Conceitos Necessários
- Convecção:
A transferência de calor por convecção ocorre quando um fluido (líquido ou gás) se movimenta devido à variação de densidade causada pela diferença de temperatura.- Exemplo: A água quente, sendo menos densa, sobe; a água fria, mais densa, desce.
- Outros mecanismos de transferência de calor:
- Condução: Transferência de calor por contato direto entre partículas, sem movimento macroscópico do material.
- Irradiação: Transferência de calor por ondas eletromagnéticas, como a radiação solar.
- Difusão: Relacionada ao transporte de partículas, não se aplica aqui.
- Absorção: Não é um mecanismo de transferência de calor, mas sim de captação de energia.
Conceito relevante:
Os aquecedores solares utilizam a convecção natural (movimento espontâneo do fluido) para transportar calor, evitando o uso de bombas ou sistemas mecânicos.
4º Passo: Análise das Alternativas
- Alternativa A:
“Difusão.”
Incorreta. Difusão se refere à propagação de partículas em um meio, não sendo aplicável à transferência de calor neste contexto. - Alternativa B:
“Absorção.”
Incorreta. Absorção é o processo pelo qual o coletor solar captura a radiação, mas não descreve a transferência de calor para o reservatório. - Alternativa C:
“Condução.”
Incorreta. Condução ocorre no contato direto entre sólidos ou líquidos, mas não é o mecanismo predominante na transferência de calor neste sistema. - Alternativa D:
“Irradiação.”
Incorreta. A irradiação descreve a transferência de calor do Sol para o coletor, mas não a transferência da água quente para o reservatório. - Alternativa E:
“Convecção.”
Correta. O movimento da água quente para o reservatório ocorre devido à diferença de densidade, que é um exemplo clássico de convecção.
Dica Geral:
⚠️ Sempre que houver movimento de fluido devido a diferenças de temperatura (como em sistemas de aquecimento solar), considere a convecção como o principal mecanismo de transferência de calor.
5º Passo: Conclusão e Justificativa Final
Conclusão:
A alternativa correta é E (Convecção), pois o calor é transferido do coletor solar para o reservatório térmico por meio do movimento natural da água aquecida, característico da convecção.
Resumo Final:
O sistema de aquecimento solar utiliza a convecção para transferir calor do coletor solar para o reservatório. A água quente, menos densa, sobe para o reservatório, enquanto a água fria desce para ser aquecida novamente, formando um ciclo contínuo de transferência de calor.
