(ENEM) Em um manual de instruções de uma geladeira, constam as seguintes recomendações:
  • Mantenha a porta de seu refrigerador aberta apenas o tempo necessário;
  • É importante não obstruir a circulação do ar com a má distribuição dos alimentos nas prateleiras;

CONTINUAÇÃO QUESTÃO 7

  • Deixe um espaço de, no mínimo, 5 cm entre a parte traseira do produto (dissipador serpentinado) e a parede.
Com base nos princípios da termodinâmica, as justificativas para essas recomendações são, respectivamente:
a. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador de calor e o ambiente.
b. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a convecção do ar interno, garantir o isolamento térmico entre a parte interna e a externa.
c. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
d. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
e. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e garantir o isolamento térmico entre as partes interna e externa.

Passo 1

O enunciado dá três recomendações do manual de uma geladeira:
  1. “Mantenha a porta de seu refrigerador aberta apenas o tempo necessário.”
  2. “É importante não obstruir a circulação do ar com a má distribuição dos alimentos nas prateleiras.”
  3. “Deixe um espaço de, no mínimo, \,5\\ \text{cm} entre a parte traseira do produto (dissipador serpentinado) e a parede.”
A pergunta: considerando os princípios da termodinâmica (troca de calor), qual das alternativas (a) a (e) apresenta, respectivamente, as justificativas corretas para essas três recomendações?
As alternativas dadas são (copiadas tal como no enunciado):
a. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador de calor e o ambiente.
b. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a convecção do ar interno, garantir o isolamento térmico entre a parte interna e a externa.
c. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
d. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
e. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e garantir o isolamento térmico entre as partes interna e externa.

Passo 2

Entendendo o que acontece quando a porta fica aberta (primeira recomendação). Vou te explicar passo a passo e de forma simples:
  • Calor sempre tende a fluir do corpo mais quente para o mais frio. Quando a porta do refrigerador fica aberta, o ar mais quente do ambiente entra e substitui o ar frio do interior; assim há um fluxo de calor do ambiente para dentro da geladeira.
  • Em termos práticos: abrir a porta aumenta a entrada de calor (por convecção principalmente) e o compressor precisa trabalhar mais para retirar esse calor e restabelecer a temperatura interna.
  • Frase correta para justificar manter a porta fechada: reduzir o fluxo de calor vindo do ambiente para a parte interna do refrigerador (i.e., evitar que calor entre). Note que “reduzir a saída de frio do refrigerador” é uma maneira coloquial de falar, mas fisicamente o problema é a entrada de calor do ambiente para o interior.
Pequena fórmula para fixar (não precisa decorar, só para entender): a troca convectiva de calor entre ar ambiente e interior pode ser modelada por
\dot Q = h\,A\,(T_{\text{amb}}-T_{\text{int}}),
onde \dot Q é a potência de calor (quanto calor entra por segundo), h é o coeficiente de convecção, A é a área de intercâmbio e T_{\text{amb}}, T_{\text{int}} são as temperaturas do ambiente e do interior. Abrir a porta aumenta A efetivo de troca e facilita a substituição do ar, elevando \dot Q.

Passo 3

Mapeando a primeira recomendação nas alternativas:
  • Alternativas que falam em “reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna” estão corretas fisicamente.
  • Alternativas que dizem “reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente” usam uma expressão ambígua/menos precisa; embora intuitivamente pareça correto, a justificativa mais formal é sobre o fluxo de calor vindo do ambiente para dentro. Portanto, para a primeira justificativa buscamos a frase equivalente a “reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador”.

Passo 4

Entendendo a segunda recomendação (não obstruir a circulação do ar nas prateleiras):
  • Dentro do refrigerador a distribuição de temperatura depende muito da convecção do ar interno: o ar frio gerado pelo evaporador circula (movimenta-se) e leva frio para as prateleiras e alimentos.
  • Se você empilha/obstrui prateleiras, bloqueia essas correntes de ar e cria zonas com menos circulação; isso gera resfriamento desigual e faz o compressor trabalhar mais.
  • Em palavras simples: a recomendação visa garantir a convecção do ar interno (circulação do ar) para distribuir o frio de forma uniforme.
Observação sobre “transmissão do frio entre os alimentos”: há condução entre alimentos em contato, mas a principal forma de distribuir frio dentro do refrigerador é a convecção do ar. Assim, a justificativa correta é “garantir a convecção do ar interno”.

Passo 5

Mapeando a segunda recomendação nas alternativas:
  • Procure a frase “garantir a convecção do ar interno” — essa é a que corresponde corretamente à motivação da recomendação.
  • Alternativas que falam apenas em “garantir a transmissão do frio entre os alimentos” são menos precisas porque a circulação do ar é o mecanismo dominante.

Passo 6

Entendendo a terceira recomendação (deixar \,5\\ \text{cm} atrás do dissipador):
  • O dissipador serpentinado (aquelas tubulações na traseira) troca calor com o ambiente; nele o fluido quente do ciclo refrigerante libera calor para o ar ambiente. Para essa troca dar certo precisa de circulação de ar ao redor do dissipador.
  • Se o dissipador ficar encostado na parede ou muito próximo, o ar quente ao redor não consegue sair, reduzindo a eficiência da troca de calor: a temperatura do dissipador sobe e o sistema perde eficiência, fazendo o compressor trabalhar mais.
  • Assim, a justificativa correta é “permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente” (ou seja, possibilitar convecção externa e remoção do calor do dissipador para o ambiente).
Podemos também pensar por Newton na troca convectiva externa:
\dot Q_{\text{diss}} = h_{\text{ext}}\,A_{\text{diss}}\,(T_{\text{diss}}-T_{\text{amb}}),
onde um espaço livre aumenta h_{\text{ext}} efetivo (melhor renovação do ar) e permite maior \dot Q_{\text{diss}}.

Passo 7

Mapeando a terceira recomendação nas alternativas:
  • Buscamos a opção que diga “permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente”.
  • Alternativas que falem em “garantir o isolamento térmico entre as partes interna e externa” não têm a ver com deixar espaço atrás do dissipador; isolamento interno/externo é outra questão (espuma no gabinete), não o espaço para o dissipador.

Passo 8

Comparando as três justificativas corretas que identificamos com cada alternativa:
  • Primeira justificativa correta: “reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador”.
  • Segunda: “garantir a convecção do ar interno”.
  • Terceira: “permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente”.
Agora veja qual alternativa tem exatamente essa sequência. A alternativa (c) contém essas três frases na ordem pedida.

Resposta

c

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