Explique, com cálculos e análise, como a conservação de energia e as perdas influenciam a recuperação por…

Questão

Explique, com cálculos e análise, como a conservação de energia e as perdas influenciam a recuperação por frenagem regenerativa em um ônibus elétrico de massa total m = 12 000 kg que reduz sua velocidade de 20,0 m/s para 5,0 m/s. Considere eficiência de recuperação ? = 0,60 e use g = 10 m/s².

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

Resposta esperada

Modelo de resposta: 1) Energia cinética inicial E_i = ½ m v_i² = 0,5·12 000·20,0² = 0,5·12 000·400 = 2 400 000 J. 2) Energia cinética final E_f = ½ m v_f² = 0,5·12 000·5,0² = 0,5·12 000·25 = 150 000 J. 3) Energia retirada do veículo ?E = E_i - E_f = 2 400 000 - 150 000 = 2 250 000 J disponível ao sistema de frenagem. 4) Com eficiência de recuperação ? = 0,60, energia elétrica recuperada E_rec = ?·?E = 0,60·2 250 000 = 1 350 000 J. 5) Análise: a diferença ?E - E_rec = 900 000 J é dissipada como calor nas pastilhas, perdas elétricas e calor nos sistemas de conversão. A conservação de energia aplica-se: energia mecânica perdida transforma-se em energia elétrica armazenada mais perdas térmicas. A eficácia da regeneração depende de fatores como velocidade, estado da bateria, capacidade de conversão e resistência elétrica; para maximizar sustentabilidade, projetos devem reduzir perdas (melhorar eficiência dos inversores, gerenciamento térmico e armazenamento) e integrar recuperação em padrões de tráfego que permitam armazenar a energia recuperada. 6) Conclusão numérica: do total de 2,25·10^6 J de energia mecânica que deixou o ônibus, 1,35·10^6 J podem ser reutilizados eletricamente, reduzindo consumo energético e emissões associadas ao transporte.

Explicação

A resposta apresenta um cálculo claro da energia cinética inicial e final, permitindo determinar a energia disponível para recuperação durante a frenagem. A análise das perdas e a eficiência de recuperação mostram como a energia é transformada e dissipada, destacando a importância de otimizar esses processos. A conclusão numérica resume de forma eficaz o potencial de reutilização da energia, evidenciando os benefícios ambientais e econômicos da frenagem regenerativa.

Raio-X da questão

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