Dados ilustrativos: uma comunidade isolada no sertão nordestino adotou um micro-sistema de geração de energia…
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
Dados ilustrativos: uma comunidade isolada no sertão nordestino adotou um micro-sistema de geração de energia com duas turbinas eólicas de 5 kW cada, conectadas a bancos de baterias de lítio de 48 V. A energia gerada segue por cabos de cobre de cada trecho de 500 m até os pontos de consumo. Os moradores notaram perdas consideráveis por efeito Joule nos condutores, pois as correntes oscilam em torno de 100 A. Para reduzir essas perdas, o técnico propôs elevar a tensão na saída do banco de baterias antes da distribuição e utilizar um conversor DC-DC. A partir das informações, avalie qual proposta do técnico reduz com maior eficiência as perdas por efeito Joule na distribuição de energia?
- A) Reduzir a temperatura ambiente ao longo dos cabos com ventilação forçada
- B) Ampliar o número de turbinas para diminuir a carga em cada uma
- C) Aumentar o comprimento dos cabos de cobre sem alterar a tensão
- D) Elevar a tensão através de conversor DC-DC e reduzir a corrente no cabo
- E) Instalar mais baterias em paralelo mantendo a tensão de 48 V
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- As perdas por efeito Joule na distribuição são dadas por P = R x I^2, ou seja, dependem do quadrado da corrente que circula no cabo. Reduzir a corrente é, portanto, a forma mais eficaz de reduzir as perdas. Passo 2: Para uma mesma potência transmitida, P = V x I. Assim, se a tensão aumenta, a corrente diminui na mesma proporção. Por exemplo, ao passar de 48 V para 96 V com a mesma potência, a corrente cai pela metade e a perda no cabo cai para um quarto. Passo 3: A alternativa D propõe exatamente isso: elevar a tensão com um conversor DC-DC reduz a corrente em cada trecho de 500 m e, com ela, a perda Joule. Passo 4: A alternativa A está errada porque a temperatura tem efeito pequeno na resistência do cobre nesse contexto, e a ventilação forçada não altera significativamente a corrente nem a potência dissipada. Passo 5: A alternativa B está errada porque mais turbinas aumentam a potência total gerada; a corrente que passa pelos cabos depende da tensão e da potência transmitida, então a carga por turbina não reduz a corrente na distribuição. Passo 6: A alternativa C está errada porque cabos mais compridos aumentam a resistência total do trecho, o que aumenta a perda Joule. Passo 7: A alternativa E está errada porque ligar baterias em paralelo mantém a tensão de 48 V e aumenta a capacidade de corrente, mas não reduz a corrente que circula nos cabos de distribuição para a mesma potência. Passo 8: Conclusão: a elevação da tensão com conversor DC-DC (alternativa D) é a proposta que reduz com maior eficiência as perdas por efeito Joule.
💡 Dica: Relacione a potência dissipada por efeito Joule à corrente que percorre os cabos.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que a perda Joule depende principalmente da temperatura do ambiente e que resfriar os cabos resolveria o problema. Ele não percebe que a corrente, e não a temperatura, é o fator dominante na perda.
O aluno pensa que dividir a carga entre mais geradores reduz a corrente em cada cabo, sem considerar que a potência total aumenta e que a corrente depende da tensão e da potência transmitida.
O aluno confunde a ideia de distribuir a energia por um caminho maior com redução de perdas, esquecendo que a resistência do cabo cresce com o comprimento e a perda aumenta.
Para uma mesma potência transmitida, elevar a tensão reduz a corrente. Como as perdas por efeito Joule dependem do quadrado da corrente, essa redução diminui as perdas nos cabos.
O aluno supõe que mais baterias em paralelo diminuem a corrente que chega aos pontos de consumo, quando na verdade o paralelo apenas aumenta a capacidade de fornecer corrente, mantendo a corrente necessária para a mesma potência e a mesma tensão.
Por que engana: O aluno pode escolher aumentar a quantidade de baterias em paralelo, supondo que isso eleva a tensão, embora a tensão permaneça em 48 V e a corrente nas linhas não seja reduzida pela proposta.
Raio-X da questão
Perdas por efeito Joule
avaliacao
Efeito Joule em condutores · Relação entre tensão e corrente
Revise a relação entre potência dissipada, resistência dos condutores e corrente elétrica.
O aluno pode escolher aumentar a quantidade de baterias em paralelo, supondo que isso eleva a tensão, embora a tensão permaneça em 48 V e a corrente nas linhas não seja reduzida pela proposta.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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