Num certo local, foi construído um sistema de aquecimento de água de baixo custo, que funciona como a seguir se descreve.
O sistema é constituído por um coletor solar e por um reservatório, encontrando-se este numa posição mais elevada em relação àquele.
A água, que circula no coletor solar dentro de tubos, é aquecida pelo Sol e sobe, por convecção, ao reservatório. A água mais fria do reservatório desce para o coletor. A repetição cíclica deste processo possibilita o aquecimento da água do reservatório.
Questão:
O coletor solar foi construído com uma área de $2,5 \mathrm{~m}^{2}$, e o sistema coletor solar + reservatório foi cheio com $100 \mathrm{~L}$ de água. Após $7,0 \mathrm{~h}$ de exposição solar, a temperatura da água subiu de $23^{\circ} \mathrm{C}$ para $41{ }^{\circ} \mathrm{C}$.
Admita que a irradiância solar média, no nível em que o coletor se encontra, é $600 \mathrm{~W} \mathrm{~m}^{-2}$ e que $\rho_{\text {água }}=1,00 \mathrm{~kg} \mathrm{~dm}^{-3}$.
Considere desprezável o aquecimento do reservatório por exposição solar direta e a reflexão no coletor solar.
Calcule a energia dissipada neste processo de aquecimento.
Apresente todos os cálculos efetuados.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
1) Cálculo da energia da radiação solar que incide no coletor em $7,0 \mathrm{~h}$ de exposição solar.
$$\begin{array}{ll}E_{\mathrm{r}}=\frac{P}{A} & 600=\frac{P}{2,5} \Leftrightarrow P=1,50 \times 10^{3} \mathrm{~W} \\P=\frac{E}{\Delta t} & 1,50 \times 10^{3} \mathrm{~W}=\frac{E}{7 \times 60 \times 60} \Leftrightarrow E=3,78 \times 10^{7} \mathrm{~J}\end{array}$$
2) Cálculo da energia que é absorvida pela água em $7,0 \mathrm{~h}$ de exposição solar.
$E=m c \Delta \theta \quad E=100 \times 4,18 \times 10^{3} \times(41-23)=7,52 \times 10^{6} \mathrm{~J}$
3) Cálculo da energia dissipada no processo de aquecimento considerado.
A energia dissipada é igual à diferença entre a energia incidida e a absorvida, logo
$3,78 \times 10^{7} \mathrm{~J}-7,52 \times 10^{6} \mathrm{~J}=3,0 \times 10^{7} \mathrm{~J}$
Fonte: Lucas Campos