Questão 102 do ENEM 2019 — Ciências da Natureza

ENEM 2019Ciências da NaturezaPPL

Em uma residência com aquecimento central, um reservatório é alimentado com água fria, que é aquecida na base do reservatório e, a seguir, distribuída para as torneiras. De modo a obter a melhor eficiência de aquecimento com menor consumo energético, foram feitos alguns testes com diferentes configurações, modificando-se as posições de entrada de água fria e de saída de água quente no reservatório, conforme a figura. Em todos os testes, as vazões de entrada e saída foram mantidas iguais e constantes.

Esquema de um reservatório cilíndrico horizontal com um elemento aquecedor na base. À esquerda, há três tubos de entrada numerados de 1 a 3, de cima para baixo. À direita, há três tubos de saída numerados de 4 a 6, de cima para baixo.
A configuração mais eficiente para a instalação dos pontos de entrada e saída de água no reservatório é, respectivamente, nas posições
A
1 e 4.
B
1 e 6.
C
2 e 5.
3 e 4.
Resposta correta
E
3 e 5.
Gabarito oficial: alternativa D

Resolução comentada

Esta questão se resolve entendendo a relação entre temperatura, densidade e o transporte de calor por convecção dentro do reservatório.

O que a física manda acontecer

Ao ser aquecida pelo elemento aquecedor na base, a água se dilata: seu volume aumenta e sua densidade diminui. Por ser menos densa, a água quente sobe para o topo do reservatório; a água mais fria, mais densa, desce para o fundo. Esse movimento provocado pela diferença de densidade é a corrente de convecção.

O resultado é uma estratificação térmica: a água mais quente se acumula na parte de cima e a mais fria fica na parte de baixo.

Daí saem duas regras para instalar as tomadas de forma eficiente:

  • Saída de água quente: deve retirar água do ponto de maior temperatura, ou seja, do topo do reservatório.
  • Entrada de água fria: deve introduzir a água na base. Se entrasse pelo topo, misturaria água fria com a água quente pronta para uso, derrubando a temperatura de saída e desperdiçando energia. Entrando embaixo, a água fria é aquecida e sobe, mantendo o ciclo.

Traduzindo para os números da figura

Agora aplicamos essas regras às posições indicadas no esquema. Segundo a figura, as tomadas de Entrada (à esquerda) estão numeradas de cima para baixo como 11 (topo), 22 (meio) e 33 (base); as de Saída (à direita) como 44 (topo), 55 (meio) e 66 (base), com o elemento aquecedor embaixo.

Assim, de acordo com o esquema:

  • a entrada de água fria deve ser na base, ou seja, na posição 33;
  • a saída de água quente deve ser no ponto mais alto, ou seja, na posição 44.

A configuração mais eficiente é, portanto, entrada em 33 e saída em 44, o que corresponde à letra D.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2019 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.