Uma bomba de irrigação exige P_mec = 3,00 kW contínuos a 1500 rpm. O motor tem rendimento ?_motor = 0,88…
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 bomba de irrigação exige P_mec = 3,00 kW contínuos a 1500 rpm. O motor tem rendimento ?_motor = 0,88. Compare duas soluções para fornecer energia por 6,0 h de autonomia: A) banco de baterias composto por células de 12,0 V e 100 Ah (usar DoD = 80%) montadas em arranjos série/paralelo para um sistema de 48 V; B) gerador a diesel que consome 0,30 L/kWh. Faça previsões quantitativas (n.º de células e consumo de diesel) e discuta vantagem técnica e ambiental de cada solução.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Demanda elétrica: P_e = P_mec/?_motor = 3,00/0,88 = 3,409 kW. Energia para 6 h: E_req = 3,409·6 = 20,454 kWh. 2) Baterias 12 V,100 Ah ? E_cell = 12·100/1000 = 1,20 kWh por célula. Para um sistema de 48 V usa-se 4 células em série ? energia por string = 4·1,20 = 4,80 kWh; energia utilizável por string com DoD 80% = 4,80·0,80 = 3,84 kWh. N.º de strings = E_req / 3,84 = 20,454 / 3,84 ˜ 5,33 ? adotar 6 strings. Total de células = 6·4 = 24 células. 3) Gerador: consumo de diesel = E_req · 0,30 L/kWh = 20,454·0,30 ˜ 6,14 L (para 6 h). 4) Discussão: O banco de baterias (24 células) fornece autonomia sem emissões diretas, baixa manutenção rotineira mas maior custo inicial e necessidade de inversor para motor AC; perde capacidade com ciclo de descarga. O gerador consome ˜6,1 L diesel em 6 h, tem menor custo inicial e reabastecimento rápido, mas gera emissões, ruído e manutenção do motor térmico e menor eficiência energética. Recomendação técnica: baterias são preferíveis para operação off-grid curta-média quando se prioriza sustentabilidade e menor manutenção operacional; gerador é vantajoso se necessidade de operação muito prolongada contínua e disponibilidade de combustível barato.
Explicação
A análise considera a demanda de energia necessária para o funcionamento do motor e a capacidade das baterias, levando em conta o DoD, o que resulta em um número preciso de células. A comparação com o gerador a diesel inclui o cálculo do consumo de combustível, destacando as vantagens e desvantagens de cada solução em termos de custo, impacto ambiental e manutenção. Essa abordagem fornece uma visão abrangente das opções disponíveis, permitindo uma escolha informada com base nas necessidades específicas de operação.
Raio-X da questão
energia elétrica e eficiência
avaliacao
cálculo de potência elétrica · rendimento de motores
Revisar conceitos de rendimento de motores e cálculo de energia.
O aluno pode confundir a potência mecânica com a potência elétrica, não considerando o rendimento do motor na análise.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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