Uma turbina hidráulica recebe um fluxo de água com massa por segundo ? = 1000 kg/s que desce de uma barragem…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Uma turbina hidráulica recebe um fluxo de água com massa por segundo ? = 1000 kg/s que desce de uma barragem com diferença de nível h = 10 m. Considerando g = 10 m/s² e rendimento combinado turbina+gerador ? = 70%, estime a potência elétrica entregue pela usina e descreva qualitativamente as transformações de energia e as principais perdas a serem consideradas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo quantitativo: potência disponível da queda por segundo é P_grav = ?·g·h = 1000 kg/s · 10 m/s² · 10 m = 100 000 W (100 kW). Aplicando rendimento ? = 0,70, potência elétrica P_e = ?·P_grav = 0,70·100 000 W = 70 000 W (70 kW). Descrição qualitativa: a energia potencial gravitacional da água transforma-se em energia cinética no fluxo, depois em energia mecânica do rotor da turbina e finalmente em energia elétrica no gerador. Principais perdas: vazamentos e derivação do fluxo, perdas por atrito e turbulência nas passagem de água, atrito mecânico nos rolamentos, perdas elétricas por aquecimento no gerador e conversores, e perdas por desacoplamento dinâmico. Para previsões mais precisas incluir variação de vazão, curvas de rendimento da turbina e perdas auxiliares (bombas, sistemas de controle).
Explicação
A resposta apresenta um cálculo claro da potência disponível a partir da energia potencial gravitacional da água, considerando o rendimento do sistema. Além disso, descreve as transformações de energia que ocorrem ao longo do processo, desde a queda da água até a geração de eletricidade, e identifica as principais perdas que podem ocorrer, o que é essencial para entender a eficiência do sistema. Essa abordagem abrangente permite uma compreensão completa do funcionamento da usina hidrelétrica e dos fatores que afetam sua performance.
Raio-X da questão
potência elétrica em turbinas
avaliacao
potência elétrica · transformações de energia
Revisar as transformações de energia em sistemas hidráulicos.
O aluno pode confundir a potência gerada com a potência total, não considerando o rendimento da turbina e do gerador.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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