Considere um veículo de transporte urbano (trem/metrô) com massa m = 2,5×10^4 kg em velocidade v = 20 m/s. Um…

Questão

Considere um veículo de transporte urbano (trem/metrô) com massa m = 2,5×10^4 kg em velocidade v = 20 m/s. Um sistema de frenagem regenerativa recupera fração ? = 70% da energia cinética durante cada frenagem. Suponha que cada veículo realiza N = 2 000 frenagens semelhantes por ano e que o fator de emissão da rede elétrica é 0,50 kg CO2/kWh. Usando Ek = 1/2·m·v^2 e 1 kWh = 3,6×10^6 J: (a) calcule a energia recuperada por frenagem (J e kWh) e a energia anual recuperada (kWh); (b) estime a massa de CO2 evitada por ano; (c) discuta dois impactos socioambientais positivos e uma limitação técnica da adoção dessa tecnologia.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos: energia cinética Ek = 1/2·m·v^2 = 0,5×2,5×10^4 kg×(20 m/s)^2 = 0,5×2,5×10^4×400 = 5,0×10^6 J. Energia recuperável por frenagem = ?·Ek = 0,70×5,0×10^6 J = 3,5×10^6 J. Converter para kWh: 3,5×10^6 J ÷ 3,6×10^6 J/kWh = 0,972 kWh por frenagem. Energia anual recuperada = N×0,972 kWh = 2 000×0,972 ˜ 1 944 kWh ˜ 1,944 MWh por veículo/ano. CO2 evitado por ano = 1 944 kWh × 0,50 kg CO2/kWh = 972 kg CO2/ano. Impactos socioambientais positivos: (1) redução do consumo de energia da rede e das emissões associadas, contribuindo para menor poluição local e emissões de GEE; (2) economia operacional — menor demanda por energia e custos de eletricidade, possibilitando tarifa mais baixa ou reinvestimento em manutenção e expansão. Limitação técnica: a recuperação depende de infraestrutura (capacidade de armazenamento ou rede para absorver energia), eficiência de conversão e perdas (inversores, baterias, resistência), além de custos iniciais e necessidade de manutenção; em frenagens muito frequentes/curtas o sistema pode não armazenar toda a energia recuperada. Discussão adicional pode abordar impactos econômicos (retorno do investimento), sociais (melhora na qualidade do serviço) e ambientais na cadeia de fabricação e descarte de componentes (baterias/inversores).

Explicação

Os cálculos apresentados demonstram a aplicação das fórmulas de energia cinética e conversão de unidades, resultando na energia recuperada por frenagem e na quantidade anual recuperada. A análise dos impactos socioambientais destaca benefícios significativos, como a redução de emissões de CO2 e economia de custos, além de abordar limitações técnicas que podem afetar a eficiência do sistema. Essa abordagem abrangente permite compreender tanto os aspectos quantitativos quanto qualitativos da tecnologia de frenagem regenerativa.

Raio-X da questão

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