Um reservatório libera massa de água m = 2,00×10^5 kg que cai de altura H = 25,0 m passando por…
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
Um reservatório libera massa de água m = 2,00×10^5 kg que cai de altura H = 25,0 m passando por turbina-gerador com eficiência ?_tg = 0,82; a energia elétrica gerada carrega uma bateria com eficiência de carga ?_bat = 0,92. A bateria opera a V = 400 V e o carregamento dura t = 2,00 h. Considere g = 10 m/s². Calcule a energia elétrica armazenada e a corrente média de carga, e explique onde ocorrem perdas e como reduzir-las.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Energia potencial inicial E_p = m·g·H = 2,00×10^5·10·25 = 5,00×10^7 J. Saída elétrica da turbina-gerador E_tg = E_p·?_tg = 5,00×10^7·0,82 = 4,10×10^7 J. Energia armazenada na bateria E_b = E_tg·?_bat = 4,10×10^7·0,92 = 3,772×10^7 J. Potência média P = E_b/t = 3,772×10^7 J / (2,00·3600 s = 7200 s) ˜ 5,239×10^3 W. Corrente média I = P/V ˜ 5,239×10^3/400 ˜ 13,1 A. Perdas: atrito e turbulência na turbina, perdas mecânicas e de vedação; perdas elétricas no gerador (resistência ôhmica, perdas por correntes parasitas e histerese) e perdas na bateria (resistência interna, calor). Reduções: otimizar projeto das pás para reduzir turbulência, lubrificação e vedação, usar enrolamentos de baixa resistência e núcleo com menores perdas magnéticas, eletrônica de potência adequada e gestão térmica da bateria para reduzir aquecimento e perdas internas.
Explicação
A explicação aborda o cálculo da energia potencial e suas conversões, considerando as eficiências envolvidas em cada etapa do processo, o que resulta na energia elétrica armazenada. Além disso, identifica as perdas que ocorrem em cada fase, como atrito e resistência, e sugere melhorias práticas para minimizá-las, demonstrando um entendimento abrangente do sistema. Essa abordagem sistemática e detalhada é fundamental para a compreensão da eficiência energética em sistemas de geração e armazenamento de energia.
Raio-X da questão
energia elétrica e eficiência
avaliacao
conservação de energia · cálculo de eficiência
Revisar conceitos de energia potencial e eficiência em sistemas elétricos.
O aluno pode confundir as eficiências do gerador e da bateria, não considerando corretamente as perdas de energia em cada etapa do processo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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