Questões BNCC EM13CNT106

Em uma mostra escolar sobre a Escola de Frankfurt, estudantes prepararam uma instalação audiovisual para discutir o conceito de indústria cultural. Durante cinco dias, foram utilizados os seguintes equipamentos:

Projetor: potência de 250 W, ligado 4 horas por dia.
Sistema de som: potência de 100 W, ligado 4 horas por dia.
Dez tablets: potência de 15 W cada, ligados 2 horas por dia.

Um sistema de painéis solares forneceu 40% de toda a energia consumida pela instalação. Considere que o consumo de energia é calculado pelo produto entre a potência, em kW, e o tempo de funcionamento, em horas.

Qual foi a quantidade de energia fornecida pela rede elétrica convencional durante os cinco dias da mostra?

Segundo a crítica da indústria cultural desenvolvida pela Escola de Frankfurt, meios técnicos de comunicação podem favorecer o consumo contínuo e pouco reflexivo de conteúdos. Em uma plataforma de vídeos, a reprodução automática acrescentou, em média, 2 horas diárias de uso por pessoa. Durante a transmissão, são consumidos 2,0 GB de dados por hora, com gasto energético estimado de 0,06 kWh por GB nos sistemas de transmissão. O aparelho usado para assistir aos vídeos tem potência de 0,09 kW.

Considerando os dados apresentados, qual alternativa expressa corretamente o consumo adicional diário de energia por pessoa e uma interpretação coerente com a crítica da Escola de Frankfurt?

O rádio foi um dos meios de comunicação estudados por pensadores ligados à Escola de Frankfurt, que discutiram tanto sua capacidade de ampliar o acesso à informação quanto seu uso para distribuir conteúdos padronizados a grandes públicos. Uma emissora opera com potência útil de transmissão de 120 kW durante 15 horas por dia. Seu transmissor converte 75% da energia elétrica recebida em energia destinada à emissão do sinal.

Calcule o consumo diário de energia elétrica do transmissor e analise como a mesma eficiência técnica de difusão pode ser avaliada de modo diferente pela Física e pela crítica da Escola de Frankfurt.

Durante um sarau, uma biblioteca comunitária pretende usar oito bicicletas com geradores para alimentar parte dos equipamentos elétricos. Cada bicicleta fornece, em média, 75 W de potência elétrica durante 40 minutos. A energia produzida será armazenada em uma bateria cuja eficiência global de carga e descarga é 80%. No evento, o sistema de som consome 450 W e a iluminação com lâmpadas LED consome 120 W, ambos durante 3 horas. A instalação das bicicletas e da bateria tem custo elevado, mas pode ser usada em atividades educativas. A fabricação e o descarte da bateria também geram impactos ambientais.

Calcule a energia efetivamente fornecida pelas bicicletas aos equipamentos e a energia que ainda deverá vir da rede elétrica; em seguida, com base na conservação da energia, avalie se essa tecnologia deve ser adotada como fonte principal ou complementar no sarau, considerando eficiência, custo-benefício e impactos socioambientais.

“Quando o sol se põe, a iluminação do posto de saúde não pode falhar”, afirmou uma moradora durante a escolha de um sistema fotovoltaico para a comunidade. O projeto prevê lâmpadas com potência total de 100 W, usadas por 6 h após o anoitecer, isto é, por 21 600 s. No local, cada painel fornece potência de 200 W durante 5 h diárias, ou 18 000 s. Considerando perdas no controlador e na bateria, apenas 80% da energia gerada pelo painel fica disponível para uso. Para o dimensionamento, devem ser usadas as expressões Econsumida=P*t e Egerada=P*t*0,80, com energia em J, potência em W e tempo em s. A solução deve suprir a iluminação noturna com o menor número de painéis e a menor capacidade de armazenamento possível.

Com base nos dados do texto, identifique a configuração mínima que garante o funcionamento diário da iluminação após o pôr do sol.

Por que a eletricidade produzida perto de uma bomba solar nem sempre chega ao equipamento com o mesmo aproveitamento? Em um projeto hipotético de irrigação, um gerador fotovoltaico alimenta, a 200 m de distância, uma bomba cuja potência elétrica é 1,76 kW. O controlador da bomba pode operar em 220 V ou 440 V, e a isolação do cabo já instalado suporta até 600 V. Considerando o percurso de ida e volta, a resistência elétrica desse cabo é 1,0 ohm. Há também a possibilidade de instalar um cabo de maior seção, com resistência de 0,10 ohm. A concessionária do projeto estabeleceu que a perda no transporte deve ser menor que 2% da potência da bomba e que a corrente em cada condutor não pode superar 5,0 A. Para a análise, devem ser usadas as relações P=U I e P_perda=R I^2.

Analise os dados do sistema e identifique a proposta tecnicamente justificada que atende simultaneamente aos limites de perda no transporte e de corrente no condutor.

— Se a energia dos painéis já é suficiente, por que instalar dois transformadores? — perguntou uma moradora durante a apresentação de uma microrrede para um posto de saúde rural. O projeto prevê levar uma potência de 2 000 W por um cabo de resistência total igual a 2 ohm, ao longo de 500 m. Na primeira proposta, a energia seguiria a 200 V, com corrente de 10 A. Na segunda, um transformador elevaria a tensão para 2 000 V no trajeto, reduzindo a corrente para 1 A; outro transformador adequaria a tensão ao uso dos equipamentos no posto. A equipe informou que o aquecimento do cabo pode ser estimado por P_perda=R I^2, em que P_perda é dada em W, R em ohm e I em A.

Analise as duas propostas e identifique a justificativa física para o uso dos transformadores na segunda delas.

Por que elevar a tensão ajuda a “levar” energia elétrica mais longe? Em uma comunidade rural, um pequeno gerador solar fornece potência elétrica de 18 kW para uma câmara fria instalada a 600 m de distância. A ligação será feita por dois cabos de cobre (ida e volta), cada um com 600 m de comprimento e seção transversal de 10 mm^2. Para o cobre, adote resistividade 1,7 x 10^-8 ohm m.

Um morador propôs alimentar a carga diretamente em 220 V. Outro sugeriu elevar a tensão para 2200 V com um transformador na saída do gerador e reduzi-la novamente junto à câmara fria, visando diminuir perdas no percurso. Para decidir, o grupo estimou a energia dissipada por aquecimento dos cabos durante 4 h de funcionamento na potência máxima.

Com base nos dados do texto, estime a energia elétrica dissipada nos cabos, em 4 h, se a transmissão for feita a 220 V, considerando as perdas por efeito Joule.