Um ônibus elétrico de massa m = 12 000 kg circula a v = 50 km/h e para totalmente. A frenagem regenerativa…

Questão

Um ônibus elétrico de massa m = 12 000 kg circula a v = 50 km/h e para totalmente. A frenagem regenerativa recupera ?_rec = 60% da energia cinética. O ar-condicionado consome P_ac = 8,0 kW por t = 30 min. Calcule a energia recuperável e compare com a energia necessária para o ar-condicionado; avalie a viabilidade física de suprir esse consumo com uma única frenagem e proponha medidas para melhorar a oferta.

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

Resposta esperada

Conversão e cálculo: v = 50 km/h = 13,89 m/s. Energia cinética inicial E_k = 1/2 m v² = 0,5·12 000·(13,89)² ˜ 1,16×10^6 J. Energia recuperável E_rec = ?_rec·E_k = 0,60·1,16×10^6 ˜ 6,94×10^5 J (˜0,694 MJ). Energia demandada pelo ar-condicionado: E_ac = P_ac·t = 8 000 W·1 800 s = 1,44×10^7 J (˜14,4 MJ). Comparação: E_rec << E_ac; uma única frenagem fornece ˜0,048 ou 4,8% da energia necessária (6,94×10^5 / 1,44×10^7 ˜ 0,048). Para suprir 30 min de ar-condicionado seriam necessárias ˜21 frenagens completas (1,44×10^7 / 6,94×10^5 ˜ 20,8). Avaliação e propostas: fisicamente não é viável depender de uma única frenagem; deve-se acumular energia de várias frenagens em um sistema de armazenamento (bateria ou supercapacitor) com inversor, considerar perdas adicionais (conversão, resistência interna, controle térmico) e dimensionar a capacidade considerando eficiência de carga/descarga (por exemplo, aumentar a capacidade útil em ˜1/(?_total) onde ?_total inclui perdas de conversor e bateria). Melhorias possíveis: reduzir carga do ar-condicionado (controle eficiente, pré-resfriamento), aumentar eficiência regenerativa, usar armazenamento de maior densidade energética (bateria) ou alta potência (supercapacitor) para picos curtos, e combinar recursos (regeneração + gerador auxiliar) para garantir suprimento contínuo. Estimativa de armazenamento: para suprir 30 min sem outros aportes seria necessária uma bateria capaz de fornecer ˜14,4 MJ (~4,0 kWh) útil; incluindo perdas (?_total˜0,9) dimensionar ˜4,5 kWh de capacidade disponível; admita múltiplas frenagens para recarga contínua caso contrário o banco deve ser carregado externamente.

Explicação

A análise mostra que a energia recuperável em uma única frenagem é significativamente menor do que a energia necessária para operar o ar-condicionado por 30 minutos, indicando que não é viável depender de uma única frenagem para essa demanda. A proposta de acumular energia de várias frenagens em um sistema de armazenamento é essencial para garantir a eficiência e a continuidade do fornecimento de energia. Além disso, melhorias na eficiência do ar-condicionado e no sistema de frenagem podem aumentar a viabilidade do uso da energia recuperada.

Raio-X da questão

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