Questão 103 — ENEM 2024Caderno azul · 2º Dia
Aquecedores solares são equipamentos utilizados para o aquecimento de água pelo calor do Sol. São compostos por coletores solares, nos quais ocorre o aquecimento da água, e por um reservatório térmico, em que é armazenada a água quente para ser utilizada posteriormente. A figura ilustra esquematicamente como funciona esse equipamento.
O processo pelo qual ocorre transferência de calor dos coletores solares para o reservatório térmico é a
Alternativas
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Resolução
Ficha da Questão
- Matérias Necessárias: Física → Termologia (processos de transferência de calor: condução, convecção, irradiação)
- Nível: Fácil — exige reconhecer qual processo de transferência de calor ocorre entre coletores e reservatório
- Tema/Habilidade BNCC: Transferência de calor; convecção natural em fluidos; aquecedores solares
- Gabarito: E — revelado após resolução completa
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: Qual processo de transferência de calor ocorre dos coletores solares para o reservatório térmico no aquecedor solar?
- Palavras-chave decisivas: coletores solares, reservatório térmico, transferência de calor
- Armadilha típica: Confundir irradiação (transferência por ondas eletromagnéticas, como do Sol para os coletores) com convecção (transferência por movimento de fluido entre os coletores e o reservatório).
- O que a resposta precisa demonstrar: O calor é transferido dos coletores para o reservatório pela movimentação da própria água aquecida — isso é convecção.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Condução: Transferência de calor por contato direto entre sólidos, sem movimento de matéria.
- Convecção: Transferência de calor por movimento de fluido (líquido ou gás) — o fluido mais quente sobe (menos denso) e o mais frio desce, criando correntes de convecção.
- Irradiação (radiação): Transferência por ondas eletromagnéticas, sem necessidade de meio material. Ocorre entre o Sol e os coletores.
- Difusão: Movimento de partículas de alta para baixa concentração — não é um processo de transferência de calor.
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: A imagem mostra setas indicando "água fria" descendo dos coletores para o reservatório e "água quente" subindo do reservatório para os coletores — circulação de fluido (água).
- Evidência 2: O sistema utiliza tubos que conectam os coletores solares ao reservatório térmico. A água aquecida nos coletores (menos densa) sobe naturalmente para o reservatório; a água fria (mais densa) desce para os coletores. Esse ciclo é convecção natural.
- Síntese: O mecanismo de transferência de calor entre coletores e reservatório é convecção — movimento da própria água aquecida carregando energia térmica.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Identificar o sistema
O aquecedor solar tem dois componentes: (1) coletores solares, onde a água é aquecida pela irradiação solar; (2) reservatório térmico (boiler), onde a água quente é armazenada.
Subpasso 4.2 — Analisar o transporte de calor entre coletores e reservatório
A imagem mostra claramente setas de circulação: água quente sobe dos coletores para o reservatório (por ser menos densa); água fria do reservatório desce para os coletores (por ser mais densa). Essa circulação natural de fluido (água) carregando energia térmica é um processo de convecção natural (termossifão).
Subpasso 4.3 — Verificar os outros processos
- Irradiação: ocorre do Sol para os coletores (não entre coletores e reservatório).
- Condução: não há contato direto sólido-sólido entre coletores e reservatório que justifique condução.
- Difusão: não é processo de transferência de calor.
- Absorção: não é um processo de transferência de calor entre os componentes.
Subpasso 4.4 — Confirmar o gabarito
O processo é convecção (E). A alternativa E afirma isso corretamente.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) difusão.
Incorreta: Difusão é o movimento de partículas de região de alta para baixa concentração — não é um processo de transferência de calor entre os componentes do aquecedor solar.
B) absorção.
Incorreta: Absorção é a captação de radiação pela superfície dos coletores (Sol → coletores), não o mecanismo de transporte de calor entre coletores e reservatório.
C) condução.
Incorreta: Condução ocorre em sólidos por contato direto. Entre os coletores e o reservatório, o calor é transportado pela água em movimento — não por condução sólida.
D) irradiação.
Incorreta: Irradiação é o processo pelo qual o Sol transfere calor para os coletores (por ondas eletromagnéticas, sem meio). Entre os coletores e o reservatório, o calor é transportado pela água circulante — convecção, não irradiação.
E) convecção.
Correta: A água aquecida nos coletores sobe naturalmente para o reservatório (por ser menos densa/mais leve) e a água fria desce dos coletores (por ser mais densa). Esse ciclo de circulação do fluido é exatamente a convecção natural (termossifão).
Gabarito: E — O processo de transferência de calor dos coletores para o reservatório é convecção natural: a água aquecida circula espontaneamente por diferença de densidade, transportando energia térmica.
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação do gabarito: E é a única alternativa que descreve corretamente o mecanismo de transporte de calor entre os componentes do aquecedor solar — convecção natural por circulação de água.
- Padrão de cobrança: O ENEM frequentemente testa os três processos de transferência de calor em contexto de tecnologias sustentáveis (aquecedor solar, geotermia, ventilação natural).
- Generalização: Sempre que o calor é transportado por movimento de fluido (água, ar), o processo é convecção. Condução: sólidos em contato. Irradiação: ondas eletromagnéticas (sem meio).
- Dica de eliminação rápida: Identifique o fluido em movimento (água circulando entre coletores e reservatório) — isso define convecção imediatamente. Elimine as outras 4 alternativas.
- Conexões com outros temas: Energia solar; tecnologias sustentáveis; termodinâmica; correntes de convecção atmosférica e oceânica.