Questão de Física para o Enem: Energia Térmica e Transferência de Calor

A questão do Enem de Física de 2023 trata do processo de concentração do doce de leite em uma indústria alimentícia que envolve a transferência de calor por meio de um tacho de parede oca, onde ocorre a troca de energia entre o vapor de água a 120°C e a água líquida a 100°C. 

Vamos analisar os conceitos envolvidos nesse processo, identificando como a energia é transferida e como essa transferência influencia a evaporação da água e a concentração do produto.

A Questão

Em uma indústria alimentícia, para produção de doce de leite, utiliza-se um tacho de parede oca com uma entrada para vapor de água a 120 °C e uma saída para água líquida em equilíbrio com o vapor a 100 °C. Ao passar pela parte oca do tacho, o vapor de água transforma-se em líquido, liberando energia. A parede transfere essa energia para o interior do tacho, resultando na evaporação de água e consequente concentração do produto.

No processo de concentração do produto, é utilizada energia proveniente

A) somente do calor latente de vaporização.

B) somente do calor latente de condensação.

C) do calor sensível e do calor latente de vaporização.

D) do calor sensível e do calor latente de condensação.

E) do calor latente de condensação e do calor latente de vaporização.

O que é Calor Latente e Calor Sensível?

Calor Latente é a energia necessária para mudar o estado de uma substância, sem alterar sua temperatura. No caso do processo de produção do doce de leite, o calor latente de condensação ocorre quando o vapor de água se transforma em líquido, liberando energia. Essa energia é transferida para o interior do tacho, causando a evaporação da água no produto.

Calor Sensível, por outro lado, é o calor necessário para alterar a temperatura de uma substância sem mudar seu estado físico. Esse calor é transmitido através da parede do tacho e contribui para o aumento da temperatura do líquido dentro do tacho, ajudando no processo de evaporação.

O Papel do Vapor de Água no Processo de Evaporação

No tacho, o vapor de água entra a 120°C e se condensa ao ser resfriado, liberando calor latente de condensação. Esse calor transferido para a parede do tacho aquece o produto dentro dele, resultando na evaporação da água que compõe o doce de leite. A condensação do vapor de água é crucial, pois é essa liberação de energia que promove a concentração do doce de leite.

Como Funciona a Transferência de Energia no Processo?

A transferência de energia no processo de produção de doce de leite ocorre por meio da combinação do calor sensível e do calor latente de condensação. O calor sensível aquece a parede do tacho e, ao mesmo tempo, o calor latente de condensação libera a energia necessária para a evaporação da água presente no produto.

Resposta à Questão

A alternativa correta é:

D: do calor sensível e do calor latente de condensação.

Essa alternativa descreve adequadamente os tipos de energia envolvidos no processo de produção do doce de leite, pois o calor sensível aquece o tacho, e o calor latente de condensação, proveniente da transformação do vapor em líquido, libera a energia necessária para a evaporação e a concentração do produto.

Análise Final

O entendimento do processo de transferência de calor é fundamental para otimizar a produção em uma indústria alimentícia. A utilização eficiente do calor sensível e do calor latente de condensação não só melhora a qualidade do produto final, mas também permite o controle da quantidade de energia utilizada, tornando o processo mais eficiente e sustentável.

Este processo destaca a importância de compreender as trocas térmicas em sistemas industriais, especialmente em alimentos que dependem de evaporação para sua concentração, como o doce de leite.