Gabarito disponível
Uma massa m=6,6 kg de um certo alimento a 47°C foi colocada para resfriar dentro de um refrigerador que está a 2,0°C, cuja eficiência é 20% de um refrigerador ideal (Carnot). Considere que o calor é removido do interior do refrigerador exclusivamente pelo trabalho do motor refrigerador, cuja potência é de 6,0·10² Btu/h. Sabendo que o calor removido do refrigerador é rejeitado em um reservatório térmico a 27°C, em quantos minutos, aproximadamente, o alimento estará em equilíbrio térmico com o interior do refrigerador? Considere que, até entrar em equilíbrio térmico, o alimento não solidifica, apenas resfria, e seu calor específico é de 3,6·10³J/(kg.K).
Dado: 1 Btu/h ≈ 0,3 W.
Dado: 1 Btu/h ≈ 0,3 W.
Resolução comentada
COP real = 20% × 11 = 2,2; Q = 396 W; t ≈ 45 min.
Com Tc = 275 K e Th = 300 K, o COP de Carnot é 275/25 = 11, e o real é 0,2·11 = 2,2. A potência é 600·0,3 = 180 W, então o calor retirado por segundo é 2,2·180 = 396 W. O calor a retirar do alimento é Q = 6,6·3600·(47−2) = 1.069.200 J. Logo t = 1.069.200/396 = 2700 s = 45 min.
Análise das alternativas
A, B, C e E resultam de erros de cálculo, como usar o COP errado, ignorar a eficiência de 20% ou errar a conversão de unidades. Só D, 45 min, é consistente com o cálculo.
Referência: Termodinâmica: refrigerador de Carnot, COP = Tc/(Th−Tc).
Resolução comentada do VaiConcursos.