Um gerador hidráulico fornece 1200 W de potência mecânica no eixo. O gerador tem eficiência 85% (mec?el) e…
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 gerador hidráulico fornece 1200 W de potência mecânica no eixo. O gerador tem eficiência 85% (mec?el) e alimenta um transformador com eficiência 95% (el?el). A energia é entregue a um motor com eficiência 80% (el?mec) que ergue uma massa m = 150 kg verticalmente à velocidade constante v = 0.50 m/s. a) Calcule a potência mecânica disponível no eixo do motor após todas as etapas. b) A velocidade indicada pode ser mantida? Fundamente usando conservação de energia e identifique as principais fontes de perda e medidas para aumentar a eficiência do sistema.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: P_in = 1200 W. Após o gerador: P1 = 1200·0.85 = 1020 W. Após o transformador: P2 = 1020·0.95 = 969 W. Saída do motor: P_out = 969·0.80 = 775.2 W. Potência necessária para elevar: P_req = m·g·v = 150·10·0.5 = 750 W. Como P_out (775.2 W) > P_req (750 W), a velocidade v = 0.50 m/s pode ser mantida; sobra 25.2 W que é dissipada. Principais perdas: aquecimento por resistência elétrica (I²R), atrito mecânico, perdas magnéticas (histerese e correntes parasitas) e aquecimento em enrolamentos. Medidas de melhoria: reduzir atrito (rolamentos melhores), usar condutores de menor resistência, núcleos laminados no transformador, motores/geradores de maior rendimento (ex.: ímãs permanentes, eletrônica de controle) e otimizar refrigeração e projeto para reduzir perdas magnéticas e térmicas.
Explicação
Os cálculos realizados demonstram a eficiência em cada etapa do sistema, resultando na potência disponível para o motor. A comparação entre a potência disponível e a potência requerida para elevar a massa confirma que a velocidade pode ser mantida. Além disso, a identificação das principais fontes de perda e sugestões de melhorias são essenciais para otimizar o desempenho do sistema.
Raio-X da questão
eficiência de sistemas
avaliacao
conservação de energia · eficiência de sistemas
Revisar os conceitos de eficiência e conservação de energia em sistemas mecânicos.
O aluno pode confundir a eficiência total do sistema com a eficiência de cada componente individual, levando a um cálculo incorreto da potência disponível.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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