Considere um sistema de controle de temperatura de um tanque industrial. Sobre esse sistema, considere as seguintes afirmações:
I. Um sensor de temperatura do tipo termopar pode ser empregado para evitar o problema de atraso de transporte;
II. Uma resistência elétrica é frequentemente utilizada como atuador do sistema, de modo a gerar fluxo de calor à partir de uma tensão aplicada;
III. A capacitância térmica independe do fluido presente no tanque, mas depende da geometria do tanque. São verdadeiras as afirmações:
a) I
b) II
c) III
d) Todas
e) Nenhuma

Passo 1

Beleza, vamos lá. O enunciado fala de um sistema de controle de temperatura num tanque industrial e pede pra gente avaliar três afirmações sobre sensor, atuador e capacitância térmica. O conteúdo aqui é de sistemas de controle e modelagem térmica:
  • Sensor (delay, tipo termopar)
  • Atuador (resistência elétrica, geração de calor)
  • Capacitância térmica (depende de massa e calor específico)
    Pra resolver, vamos analisar cada frase à luz da teoria de medição e transferência de calor.

Passo 2

Afirmação I: “Um sensor de temperatura do tipo termopar pode ser empregado para evitar o problema de atraso de transporte.”
  1. Termopar é um sensor que gera uma tensão proporcional à diferença de temperatura em suas junções.
  2. Teoria do atraso: todo sensor tem algum tempo de resposta e, no caso de tanques, a temperatura medida pode demorar a “chegar” da região interna até o ponto de medição (atraso de transporte).
  3. Um termopar não elimina esse atraso de transporte: ele só mede mais ou menos rápido, mas o fluido ainda leva tempo pra esquentar ou resfriar até o ponto do termopar.
    Conclusão: a I é falsa.

Passo 3

Afirmação II: “Uma resistência elétrica é frequentemente utilizada como atuador do sistema, de modo a gerar fluxo de calor à partir de uma tensão aplicada.”
  1. Atuador é o dispositivo que aplica ação sobre o processo (aqui, aquece o fluido).
  2. Resistência elétrica: quando você aplica uma tensão P = V^2R , passa uma corrente e dissipa potência
em forma de calor (efeito Joule).
3) Isso casa certinho com a ideia de gerar fluxo de calor controlável.
Conclusão: a II é verdadeira.

Passo 4

Afirmação III: “A capacitância térmica independe do fluido presente no tanque, mas depende da geometria do tanque.”
  1. Capacitância térmica (ou massa térmica) é a “quantidade de calor necessária para mudar a temperatura do sistema”.
  2. Em modelagem simples temos
Cth = m , cp
onde é a massa do fluido e é seu calor específico.
3) Logo, ela depende sim do fluido (pois muda e se trocar o fluido) e também pode depender da massa e geometria do tanque, mas não só da geometria.
Conclusão: a III é falsa.

Resposta

A única afirmação verdadeira é a II. Portanto, a resposta correta é a opção b).

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