Durante um sarau, uma biblioteca comunitária pretende usar oito bicicletas com geradores para alimentar parte…

Questão

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.

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

Resposta esperada

Primeiro, calcula-se a energia elétrica produzida pelas bicicletas. A potência total é P = 8 x 75 W = 600 W, ou 0,60 kW. O tempo de funcionamento é 40/60 h = 2/3 h. Assim, a energia produzida é E = P x t = 0,60 x 2/3 = 0,40 kWh. Como a eficiência global da bateria é 80%, a energia efetivamente entregue aos equipamentos é E_util = 0,80 x 0,40 = 0,32 kWh. O consumo do sistema de som é 0,45 kW x 3 h = 1,35 kWh. O consumo da iluminação é 0,12 kW x 3 h = 0,36 kWh. Portanto, o consumo total do sarau é 1,35 + 0,36 = 1,71 kWh. A energia que ainda deverá vir da rede elétrica é 1,71 - 0,32 = 1,39 kWh. Pelo princípio da conservação da energia, as bicicletas não criam energia: elas transformam parte da energia química dos alimentos e do corpo dos participantes em energia mecânica e, depois, em energia elétrica. Parte dessa energia é dissipada como calor e em outras perdas no gerador, nos circuitos e na bateria. Como o sistema fornece apenas cerca de 19% da demanda do evento, pois 0,32/1,71 x 100 é aproximadamente 19%, ele não é adequado como fonte principal. Seu alto custo inicial e os impactos da fabricação e do descarte da bateria também limitam o benefício ambiental. Entretanto, pode ser adotado como fonte complementar, especialmente pelo valor educativo, pela participação da comunidade e pela pequena redução no consumo da rede. A decisão deve incluir manutenção, vida útil e destinação adequada da bateria. Para reduzir mais o consumo, a biblioteca pode manter as lâmpadas LED, ajustar a potência do som e desligar equipamentos quando não forem necessários.

Explicação

O cálculo compara a energia útil gerada com a demanda total do sarau. A análise mostra que as bicicletas suprem uma fração pequena do consumo e, pela conservação da energia, apenas transformam energia, com perdas no processo. Por isso, a adoção é justificável como solução complementar e educativa, não como fonte principal.

Raio-X da questão

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