INSPER Ciências da Natureza 2018/1
Após seu uso primário, as caixas de embalagens longa vida, que garantem a durabilidade e a qualidade do leite e de outros produtos, podem deixar de ser lixo e passar a ser material de construção para o isolamento térmico de telhados. Depois de abertas, limpas e coladas, elas são postas sob as telhas formando uma manta.
Para se obter a maior eficiência dessa manta como isolante térmico, deve-se posicioná-la com a face revestida de alumínio voltada para
cima e distante cerca de 2 cm das telhas.
baixo e distante cerca de 2 cm das telhas.
baixo e colada nas telhas.
baixo e deitada sobre a laje horizontal.
cima e deitada sobre a laje horizontal.
Resolução
Análise Detalhada da Solução
O objetivo da questão é determinar a posição mais eficiente de uma manta feita de caixas de leite longa vida recicladas para atuar como isolante térmico sob um telhado.
1. Identificação da Fonte de Calor: Em dias quentes, a principal fonte de calor que atravessa o telhado é a radiação solar absorvida pelas telhas. As telhas aquecidas irradiam calor para baixo, para o interior do ambiente (sótão ou cômodo abaixo).
2. Mecanismos de Transferência de Calor: O calor das telhas é transferido para baixo por três mecanismos:
- Radiação: As telhas quentes emitem radiação infravermelha (calor).
- Condução: Transferência de calor através do contato direto ou através do ar entre as telhas e a manta/laje.
- Convecção: Movimento do ar aquecido entre as telhas e a manta/laje.
3. Propriedades da Manta: As caixas longa vida possuem uma camada interna de alumínio. O alumínio polido é um excelente refletor de radiação térmica e tem baixa emissividade (ou seja, irradia pouco calor). As outras camadas (papel, plástico) e o ar aprisionado na estrutura da manta também contribuem para o isolamento, principalmente contra condução e convecção.
4. Otimização da Isolação:
- Combate à Radiação: Para minimizar a transferência de calor por radiação das telhas quentes para baixo, a superfície refletora (alumínio) deve estar voltada para a fonte de calor (as telhas). Portanto, a face de alumínio deve ficar voltada para cima. Isso reflete a maior parte da radiação infravermelha emitida pelas telhas de volta para cima.
- Combate à Condução e Convecção: Se a manta (com o alumínio para cima) estivesse colada nas telhas, o calor seria transferido eficientemente por condução das telhas para a manta. Para minimizar a condução e também a convecção, é essencial criar um espaço de ar (entreferro) entre as telhas e a manta. O ar é um mau condutor de calor, e um espaço confinado dificulta a formação de correntes de convecção eficientes. Uma distância de cerca de 2 cm é comumente usada para criar essa barreira de ar.
- Localização da Manta: Colocar a manta diretamente sob as telhas (com o espaço de ar) é mais eficiente do que colocá-la sobre a laje, pois combate o calor mais próximo da fonte, impedindo que todo o espaço entre o telhado e a laje (sótão) se aqueça excessivamente.
5. Conclusão: A configuração mais eficiente envolve posicionar a manta com a face de alumínio voltada para cima (para refletir a radiação das telhas) e manter uma distância (espaço de ar) de aproximadamente 2 cm das telhas (para minimizar condução e convecção).
Portanto, a alternativa correta é a A, que descreve a posição com a face de alumínio voltada para cima e distante cerca de 2 cm das telhas.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos
- Transferência de Calor: Processo pelo qual a energia térmica se move de uma região de maior temperatura para uma de menor temperatura. Ocorre por condução, convecção e radiação.
- Condução: Transferência de calor através de um material ou entre materiais em contato direto, sem transporte de matéria (vibração de partículas).
- Convecção: Transferência de calor pelo movimento de fluidos (líquidos ou gases). O fluido aquecido torna-se menos denso e sobe, enquanto o fluido mais frio desce, criando correntes de convecção.
- Radiação: Transferência de calor por ondas eletromagnéticas (como a luz infravermelha), que podem viajar através do vácuo ou de meios transparentes. Todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto emitem radiação térmica.
- Emissividade e Refletividade: A emissividade mede a capacidade de uma superfície de emitir radiação térmica. A refletividade mede a capacidade de refletir radiação incidente. Superfícies polidas e metálicas (como o alumínio) têm baixa emissividade e alta refletividade para radiação térmica.
- Isolamento Térmico: Utilização de materiais ou técnicas para reduzir a taxa de transferência de calor entre ambientes ou superfícies com temperaturas diferentes. Materiais porosos, ar aprisionado e superfícies refletoras são usados como isolantes.
