Enunciado

Em edifícios com aquecimento solar, a energia geralmente é armazenada como calor sensível em rochas, concreto ou água, durante o dia, para uso à noite. Para minimizar o espaço de armazenamento, é desejável usar um material que possa armazenar uma grande quantidade de calor, mas que sofra uma pequena variação de temperatura. Uma grande quantidade de calor pode ser armazenada essencialmente a temperatura constante durante um processo de mudança de fase e, portanto, materiais que mudam de fase quase que na temperatura ambiente — como o decaidrato de sulfato de sódio, que tem um ponto de fusão de 32 °C e um calor de fusão de 329 kJ/l — são bastante adequados para essa finalidade. Determine quanto calor pode ser armazenado em um espaço de 5   m 3 usando (a) decaidrato de sulfato de sódio mudando de fase. (b) rochas de granito com uma capacidade térmica de 2,32   k J / k g ∙ ° C e uma variação de temperatura de 20 °C e (c) água com uma capacidade térmica de 4   k J / k g ∙ ° C e uma variação de temperatura de 20 °C.

Passo 1

Faaaala, galera! O enunciado da questão é bem longo, mas a resolução é moleza! Vamos lá?

No primeiro caso, vamos desconsiderar o calor sensível, a quantidade de energia armazenada ficará então:

∆ U d e c a i d r a t o = m ∙ h i f = 5000   l ∙ 329 k J l = 1 . 645 . 000   k J

Passo 2

Para o segundo caso, devemos encontrar as propriedades do granito na Tabela A-3. Temos:

ρ = 2700   k g / m 3

c = 2,32 k J k g ∙ ° C

Considerando a variação de temperatura de 20 °C, teremos:

∆ U g r a n i t o = ρ V c ∆ T = 2700 k g m 3 5   m 3 2,32 k J k g ∙ ° C 20   ° C = 626.400   k J

Passo 3

Por fim, para o último caso, vamos utilizar, ainda na Tabela A-3, os seguintes dados:

ρ á g u a = 1000   k g / m 3

c á g u a = 4,00 k J k g ∙ ° C

Considerando a variação de temperatura de 20 °C, teremos:

∆ U g r a n i t o = ρ V c ∆ T = 1000   k g m 3 5   m 3 4,00   k J k g ∙ ° C 20   ° C = 400.000   k J

Até a próxima!

Resposta

  1. ∆ U d e c a i d r a t o = 1.645.000   k J
  2. ∆ U g r a n i t o = 626.400   k J
  3. ∆ U g r a n i t o = 400.000   k J

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