Um painel coletor de energia solar para aquecimento residencial de água, com 60% de eficiência, tem superfície coletora com área útil de 20 m2. A água circula em tubos fixados sob a superfície coletora. Suponha que a intensidade da energia solar incidente seja de 2,0 x 103 w/m2 e que a vazão de suprimento de água aquecida seja de 6,0 litros por minuto. Assinale a opção que indica aproximadamente a variação da temperatura da água. Dados: cágua = 1,0 cal/gºC; e 1 cal = 4,2 J.

A alternativa correta é letra E)  57,1^oC

Gabarito: LETRA E.

Sabemos que a potência solar útil é dada pela razão entre a energia absorvida e o intervalo de tempo:

P_{útil} = dfrac { E } { Delta t }

Sendo eta a eficiência do painel e E a energia utilizada, na forma de calor, para aquecer a água, temos que:

eta cdot P_{incidente} = dfrac { Q } { Delta t }

Se I é a intensidade da energia solar incidente e A é a área da superfície, a equação acima se torna:

eta cdot I cdot A = dfrac { mcdot c cdot Delta theta } { Delta t }

Logo,

Delta theta = dfrac { eta cdot I cdot A cdot Delta t } { m cdot c }

Como a vazão de suprimento de água aquecida é de 6,0 litros por minuto, e a densidade de água é 1,0 kg por litro, podemos afirmar que, em 60 segundos, a massa de água aquecida é de 6,0 kg. Além disso, como c_água = 1,0 cal/gºC e 1 cal = 4,2 J, temos que c_água = 4200 J/kgºC. Assim, a equação acima se torna:

Delta theta = dfrac { 0,6 cdot 2,0 times 10^3 cdot 20 cdot 60 } { 6,0 cdot 4200 }

Delta theta approx 57,1 , °C

Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).