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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 105 do ENEM PPL 2023

2º dia · Ciências da Natureza · H19 · Física: Potência e rendimento

As baterias de lítio para carros elétricos são capazes de armazenar cerca de 700 Wh de energia em um volume de 1 L, enquanto a combustão de 1 L de etanol hidratado em um motor a combustão disponibiliza 6 300 Wh de energia. Os motores a combustão têm uma eficiência baixa, com apenas 30% da energia do combustível sendo transformada em movimento. Já os motores elétricos apresentam eficiência três vezes maior. Para estudar a viabilidade de se utilizar a mesma plataforma de um carro movido a álcool, com tanque de 40 L de combustível, para a produção de modelos elétricos, uma equipe de engenharia precisa estimar o volume da bateria de lítio que corresponda, no carro elétrico, à mesma quantidade energética desse carro a álcool.

VASCONCELOS, Y. Mais energia. Pesquisa Fapesp, n. 261, nov. 2017 (adaptado).

O volume aproximado, em litro, da bateria de lítio a ser utilizada é

  1. A
    36.
  2. B
    120.
  3. C
    360.
  4. D
    400.
  5. E
    1 080.
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Resolução comentada

A ideia é comparar a energia que chega às rodas nos dois carros, pois a eficiência de cada motor é diferente.

  1. Energia do combustível no tanque de 40 L: 40 \times 6\,300 = 252\,000\ \text{Wh}.

  2. Energia útil (em movimento) no carro a álcool, com eficiência de 30%: 0{,}30 \times 252\,000 = 75\,600\ \text{Wh}.

  3. Eficiência do motor elétrico, três vezes maior: 3 \times 30\% = 90\%.

  4. Para o carro elétrico entregar os mesmos 75\,600\ \text{Wh} em movimento, a bateria precisa armazenar:

E_{bateria} = \frac{75\,600}{0{,}90} = 84\,000\ \text{Wh}
  1. Como cada litro de bateria armazena 700 Wh:
V = \frac{84\,000}{700} = 120\ \text{L}

Portanto, a bateria teria cerca de 120 L, três vezes o volume do tanque, mas bem menor que os 360 L que resultariam de ignorar a diferença de eficiência.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa C engana quem compara apenas a energia armazenada (252 000 Wh ÷ 700) e esquece que o motor elétrico aproveita três vezes mais energia.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ACalcula a energia útil do carro a álcool (75 600 Wh) e divide por 700 sem considerar 90% de eficiência do motor elétrico, chegando a 108, ou confunde as grandezas; não corresponde ao cálculo correto.
  • CIgnora as eficiências e divide direto 252 000 Wh por 700 Wh/L, obtendo 360 L.
  • DUsa a eficiência de 30% no motor elétrico em vez de 90%, dando 75 600/0,3/700 = 360, ou erra a conta; não corresponde ao resultado correto.
  • EMultiplica por 3 a energia (ou o volume de 360 L) em vez de dividir pela eficiência maior.

Assuntos: Potência e rendimento, Fontes de energia e transformações energéticas.

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