Disserte propondo um projeto de volante de inércia para suprir um pico de potência P_pico = 50,0 kW durante t…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Disserte propondo um projeto de volante de inércia para suprir um pico de potência P_pico = 50,0 kW durante t = 10,0 s. Inclua cálculo da energia requerida, momento de inércia necessário se ?_max = 3000 rpm, massa estimada para um cilindro sólido de raio R = 0,50 m, e comente vantagens e limitações físicas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Energia requerida: E = P_pico·t = 50 000 W·10 s = 5,00×105 J. ?_max = 3000 rpm = 100p rad/s ˜ 314,16 rad/s. Para E = ½ I ?² ? I = 2E/?² = 1,000,000/98696 ˜ 10,13 kg·m². Cilindro sólido: I = ½ M R² ? M = 2I/R² = 2·10,13/0,25 ˜ 81,0 kg. Considerando perdas e rendimento global ?_sys ˜ 0,90, energia requerida aumenta: E' = E/?_sys ˜ 5,56×105 J ? I'˜11,26 kg·m² ? M'˜90,1 kg. Vantagens: alta densidade de potência, vida longa, recarga rápida. Limitações: segurança (energia cinética elevada), necessidade de rolamentos de baixa perda, controle de velocidade, perdas por atrito e fricção magnética e acoplamento ao gerador; material e diâmetro influenciam tensão mecânica e limite de velocidade.
Explicação
A resposta apresenta um cálculo claro da energia necessária para suprir o pico de potência, utilizando a relação entre potência, tempo e energia. Em seguida, determina o momento de inércia e a massa do volante, considerando a geometria do cilindro sólido, e ajusta os valores para perdas e rendimento. Por fim, menciona as vantagens e limitações do sistema, abordando aspectos práticos e físicos relevantes para a implementação do projeto.
Raio-X da questão
volante de inércia
avaliacao
energia cinética · momentum angular
Revisar conceitos de energia cinética e momento de inércia.
O aluno pode confundir a energia requerida com a potência, não considerando o tempo necessário para o pico de potência.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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