Proponha e descreva como avaliar, com equações e estimativas numéricas, a viabilidade de um sistema de…
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
Proponha e descreva como avaliar, com equações e estimativas numéricas, a viabilidade de um sistema de recuperação de energia cinética (KERS) instalado em ônibus urbanos. Considere massas, energia recuperável, armazenamento e critérios de sustentabilidade (materiais, eficiência e redução de consumo).
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Modelo de resposta (exemplo resumido): 1) Identificar grandezas: massa do ônibus m = 12 000 kg, velocidade de frenagem típica v = 15 m/s. Energia cinética inicial E_k = ½·m·v² = 0,5·12 000·(15)² = 1 350 000 J (1,35 MJ). 2) Estimar energia recuperável: assumir eficiência do sistema ? = 0,60 ? E_rec = ?·E_k = 0,60·1 350 000 = 810 000 J por frenagem. 3) Dimensionar armazenamento: baterias com energia específica ˜ 200 Wh/kg (200 Wh = 720 000 J/kg) exigiriam massa m_bat ˜ E_rec / 720 000 ˜ 1,13 kg por frenagem, indicando baixa massa adicional por frenagem. 4) Quantificar ganhos por percurso: multiplicar E_rec pelo número médio de frenagens por dia para estimar economia energética diária e redução de combustível/emitidos. 5) Avaliar matéria e sustentabilidade: analisar massa total de material ativo (baterias, supercapacitores, volante de inércia), taxa de ciclagem, vida útil e possibilidade de reciclagem dos materiais (lítium, cobalto), e balanço energético acumulado para recuperar a energia incorporada na produção das baterias. 6) Segurança e movimento: verificar influência da recuperação no comportamento dinâmico (momentum durante frenagens) e garantir critérios de frenagem e estabilidade. Conclusão: usar conservação de energia e de momento para estimativas numéricas, comparar energia recuperada com custos ambientais e massa adicional; critérios de viabilidade incluem energia recuperável por quilômetro, eficiência do sistema, impacto material (reciclabilidade) e redução líquida de consumo/ emissões.
Explicação
A resposta aborda de forma sistemática os principais aspectos da viabilidade do sistema KERS, incluindo cálculos de energia recuperável e armazenamento, além de considerar a sustentabilidade dos materiais utilizados. A análise de eficiência e os impactos ambientais são fundamentais para avaliar a viabilidade econômica e ecológica do sistema. Por fim, a consideração da segurança e do comportamento dinâmico do ônibus garante que a implementação do sistema não comprometa a operação do veículo.
Raio-X da questão
recuperação de energia cinética
avaliacao
energia cinética · sistemas de energia
Revisar conceitos de energia cinética e eficiência em sistemas de recuperação.
O aluno pode falhar ao não considerar todos os fatores que influenciam a eficiência do sistema, como a massa do ônibus e a energia que pode ser recuperada.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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