O aquecimento global tem gerado impactos significativos no ciclo da água, aumentando a taxa de derretimento de geleiras e afetando o equilíbrio térmico dos ecossistemas. É essencial compreender os processos de mudança de fase da água e a energia envolvida nesses processos. O gráfico abaixo representa o aquecimento de um bloco de gelo inicialmente a 0°C, que é convertido em vapor d’água a 100°C por meio de um fornecimento constante de calor. Com base no estudo da termodinâmica e considerando a sustentabilidade no uso da energia, analise as seguintes afirmações: I – A quantidade de energia necessária para transformar a água líquida em vapor é maior do que a necessária para fundir o gelo em água líquida, pois a vaporização exige maior calor latente. II – O reaproveitamento do calor residual em processos industriais poderia reduzir o consumo energético ao promover a fusão e vaporização da água sem necessidade de novos insumos energéticos. III – O uso de fontes renováveis para o fornecimento de calor nesse processo reduz a emissão de gases de efeito estufa, contribuindo para a mitigação das mudanças climáticas.

Alternativa D - Apenas a afirmativa I, II e III estão corretas.

Análise Detalhada

Esta questão mistura conceitos de Termodinâmica (calorimetria) com Sustentabilidade Ambiental. Vamos analisar cada afirmativa separadamente para confirmar sua veracidade.

Afirmação I: Calor Latente de Vaporização vs. Fusão

Esta afirmativa é correta. No processo de mudança de fase, a energia necessária depende do Calor Latente da substância.

• O Calor Latente de Fusão da água (L_f) é aproximadamente $80 \text{ cal/g}$. É a energia para derreter o gelo.
• O Calor Latente de Vaporização da água (L_v) é aproximadamente $540 \text{ cal/g}$. É a energia para ferver a água e transformá-la em vapor.

Como L_v > L_f, é necessário muito mais energia para vaporizar a água do que para fundir o gelo. No gráfico, isso é representado pelo tempo gasto em cada platô (fase isotérmica): o platô em $100^\circ\text{C}$ (ebulição) é significativamente mais longo que o platô em $0^\circ\text{C}$ (fusão), indicando maior transferência de calor.

Afirmação II: Reaproveitamento de Calor Residual

Esta afirmativa é correta e aborda o princípio da eficiência energética.

• Em indústrias, grandes quantidades de calor são desperdiçadas para a atmosfera (calor residual).
• Capturar essa energia térmica para realizar outros processos, como o aquecimento de fluidos (fusão ou vaporização), reduz a necessidade de queimar combustíveis fósseis adicionais para gerar nova energia.
• Isso promove a economia circular e diminui o custo energético total.

Afirmação III: Fontes Renováveis e Mudanças Climáticas

Esta afirmativa é correta e liga o processo físico ao problema ambiental citado no enunciado.

• O aquecimento global é agravado pela emissão de gases de efeito estufa provenientes principalmente da queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás).
• Utilizar fontes renováveis (como solar térmica, biomassa sustentável ou geotermia) para fornecer o calor necessário no processo elimina ou reduz drasticamente essas emissões.
• Isso contribui diretamente para a mitigação das mudanças climáticas, alinhando a prática científica aos objetivos de preservação ambiental.

Conclusão

Todas as três afirmativas apresentam conceitos físicos corretos e aplicações lógicas no contexto da sustentabilidade. Portanto, a única alternativa que engloba todas elas é a D.