Disserte: Em uma câmara de separação de resíduos, uma correia isolante de área efetiva A = 0,50 m² fica a d =…

Questão

Disserte: Em uma câmara de separação de resíduos, uma correia isolante de área efetiva A = 0,50 m² fica a d = 2,0×10^-3 m de uma estrutura metálica aterrada, formando um capacitor paralelo; a correia apresenta densidade superficial de carga s = -2,0×10^-7 C/m². a) Calcule a diferença de potencial entre correia e estrutura (?V), o campo elétrico entre as placas (E) e a energia armazenada no capacitor (U). Use e0 = 8,85×10^-12 F/m. b) Avalie o risco de faísca e impacto ao ambiente/saúde e proponha ao menos três medidas práticas para reduzir riscos de acúmulo e descarga eletrostática.

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

Resposta esperada

Cálculos: Para placas paralelas E = s/e0; ?V = E·d; C = e0·A/d; U = ½ C·(?V)^2. Valores numéricos: s = 2,0×10^-7 C/m² (módulo); E = s/e0 = (2,0×10^-7)/(8,85×10^-12) ˜ 2,26×10^4 V/m (22,6 kV/m). ?V = E·d = 2,26×10^4·2,0×10^-3 ˜ 45,2 V. Capacitância C = e0·A/d = 8,85×10^-12·0,50/2,0×10^-3 ˜ 2,21×10^-9 F. Energia U = ½·C·?V^2 = 0,5·2,21×10^-9·(45,2)^2 ˜ 2,3×10^-6 J. Avaliação: O campo calculado (˜2,3×10^4 V/m) está muito abaixo do campo de ruptura do ar (˜3×10^6 V/m), e a energia armazenada (~2,3×10^-6 J) é pequena, portanto a probabilidade de faísca capaz de inflamar vapores é baixa nesse cenário isolado. Entretanto, descargas eletrostáticas repetidas podem danificar dispositivos eletrônicos sensíveis, atrair partículas contaminantes e, em presença de vapores inflamáveis e geometria diferente (singularidades, distâncias menores) o risco aumenta. Medidas práticas sugeridas: 1) Aterramento e equipotencialização da estrutura metálica e conjuntos móveis para fornecer caminho contínuo para cargas; 2) Uso de materiais antiestáticos ou revestimentos condutores na correia e nas peças que contactam resíduos; 3) Controle de umidade relativa do ar (aumentar umidade reduz acúmulo de carga); 4) Instalação de ionizadores de ar ou barras de descarga controladas para neutralização de carga sem grandes liberações de energia; 5) Procedimentos de trabalho e EPI: descarregar peças antes da manutenção, sinalizar recipientes com risco e armazenar solventes inflamáveis em áreas ventiladas e isoladas de fontes de carga. Conclusão: matematicamente a energia e o campo não indicam risco imediato de ignição neste caso, mas a gestão combinada (engenharia + administrativos + EPI) é necessária para minimizar riscos ao ambiente e à saúde, especialmente onde houver vapores inflamáveis ou eletrônicos sensíveis.

Explicação

Os cálculos realizados demonstram a relação entre a densidade de carga, o campo elétrico, a diferença de potencial e a energia armazenada no capacitor, evidenciando que os valores obtidos estão dentro de limites seguros. A avaliação do risco considera não apenas a energia e o campo elétrico, mas também fatores adicionais que podem aumentar a probabilidade de descargas eletrostáticas. As medidas propostas visam mitigar os riscos associados, garantindo a segurança em ambientes onde há potencial para acúmulo de carga e presença de materiais inflamáveis.

Raio-X da questão

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