Questão 10 (1º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2023

Question

A energia eólica tem sido apontada como uma das principais alternativas para a geração de energia limpa. No Brasil, esta fonte de energia representa aproximadamente 10% da matriz energética do país. A potência P gerada num parque eólico depende da velocidade do ar, v, e da área total de pás dos aerogeradores no parque, A, de forma que

P = \frac{1}{2} \rho A v^3,

onde \rho representa a densidade do ar.

a) Considere dois locais possíveis para a instalação de um parque eólico: o local A, onde a velocidade média do vento é de 7{,}5\text{ m/s}, comportando 10 aerogeradores com 3 pás de 60\text{ m} de comprimento cada; e o local B, onde a velocidade média do vento é de 6{,}0\text{ m/s}, comportando 10 aerogeradores com 3 pás, no mesmo formato dos aerogeradores do local A, porém com 75\text{ m} de comprimento cada. Com o objetivo de obter maior potência energética, qual dos dois locais você indicaria? Explique sua escolha.

b) A figura ao lado mostra a quantidade de estudos relativos aos impactos da geração de energia eólica e de combustíveis fósseis. Considerando que a quantidade de publicações científicas reflete o impacto dos problemas causados ao meio ambiente, aponte três desvantagens ambientais da geração de energia eólica, dispondo-as em ordem de relevância, sendo 1 a mais importante e 3 a menos importante. Explique como essas desvantagens impactam o meio ambiente.

Gráfico de barras empilhadas comparando o número de publicações científicas sobre impactos ambientais da geração de energia eólica e de combustíveis fósseis, distribuídas em três categorias: Mortalidade, Fragmentação e perda de habitat, e Poluição Sonora, subdivididas pelos grupos afetados: pássaros e morcegos, ungulados, humanos e outros mamíferos, e plantas, anfíbios e répteis.

(Figura modificada a partir de JONES et al., BioScience, vol. 65, 2015.)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (1º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2023

1º dia · Ciências da Natureza · Física: Fontes de energia e transformações energéticas

A energia eólica tem sido apontada como uma das principais alternativas para a geração de energia limpa. No Brasil, esta fonte de energia representa aproximadamente 10% da matriz energética do país. A potência P gerada num parque eólico depende da velocidade do ar, v, e da área total de pás dos aerogeradores no parque, A, de forma que

P = \frac{1}{2} \rho A v^3,

onde \rho representa a densidade do ar.

a) Considere dois locais possíveis para a instalação de um parque eólico: o local A, onde a velocidade média do vento é de 7{,}5\text{ m/s}, comportando 10 aerogeradores com 3 pás de 60\text{ m} de comprimento cada; e o local B, onde a velocidade média do vento é de 6{,}0\text{ m/s}, comportando 10 aerogeradores com 3 pás, no mesmo formato dos aerogeradores do local A, porém com 75\text{ m} de comprimento cada. Com o objetivo de obter maior potência energética, qual dos dois locais você indicaria? Explique sua escolha.

b) A figura ao lado mostra a quantidade de estudos relativos aos impactos da geração de energia eólica e de combustíveis fósseis. Considerando que a quantidade de publicações científicas reflete o impacto dos problemas causados ao meio ambiente, aponte três desvantagens ambientais da geração de energia eólica, dispondo-as em ordem de relevância, sendo 1 a mais importante e 3 a menos importante. Explique como essas desvantagens impactam o meio ambiente.

Gráfico de barras empilhadas comparando o número de publicações científicas sobre impactos ambientais da geração de energia eólica e de combustíveis fósseis, distribuídas em três categorias: Mortalidade, Fragmentação e perda de habitat, e Poluição Sonora, subdivididas pelos grupos afetados: pássaros e morcegos, ungulados, humanos e outros mamíferos, e plantas, anfíbios e répteis.

(Figura modificada a partir de JONES et al., BioScience, vol. 65, 2015.)

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Resolução comentada

Resposta esperada pela Comvest

a)

O local A é o mais indicado, pois tem a maior velocidade média. Pela equação dada, a potência depende linearmente da área, mas aumenta com a velocidade ao cubo. Embora não seja possível calcular explicitamente a área total das pás (pois o enunciado informa que as pás nos dois locais têm o mesmo formato, mas não diz qual é o formato), a área dependeria, no máximo, do comprimento das pás ao quadrado. Logo, a velocidade é mais relevante para atingir a maior potência gerada no parque eólico.

b)

De acordo com o gráfico, as principais desvantagens ambientais da geração eólica são, em ordem de relevância: mortalidade, fragmentação e perda de habitat, e poluição sonora. Todas essas desvantagens podem afetar diretamente processos ecossistêmicos. A mortalidade causa a redução das espécies atingidas (principalmente pássaros e morcegos) e, no seu limite, pode levar à extinção de espécies. A fragmentação e perda de habitat leva a mudanças na polinização e predação de insetos, e dispersão das sementes que gera a migração da biodiversidade. Já a poluição sonora causada pelo movimento das pás afeta a comunicação de diversos animais (principalmente humanos e outros mamíferos) que dependem do som para se comunicar; no caso dos seres humanos, a poluição sonora ainda afeta a qualidade de vida, podendo inclusive aumentar o estresse.

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Publicada pela banca.

Resolução comentada

a)

Pela expressão fornecida, a potência é proporcional à área total das pás e ao cubo da velocidade do vento: P\propto Av^3, considerando a mesma densidade do ar nos dois locais.

Como as pás têm o mesmo formato, suas áreas são proporcionais ao quadrado de seus comprimentos. Além disso, os dois parques possuem a mesma quantidade de aerogeradores e de pás por aerogerador. Assim,

\frac{A_A}{A_B}=\left(\frac{60}{75}\right)^2=0{,}64.

Comparando as potências:

\frac{P_A}{P_B}=\frac{A_A}{A_B}\left(\frac{v_A}{v_B}\right)^3=0{,}64\left(\frac{7{,}5}{6{,}0}\right)^3=1{,}25.

Portanto, a maior velocidade do vento no local A compensa a menor área das pás, pois a velocidade aparece elevada ao cubo.

Indicaria o local A, cuja potência é 25% maior que a do local B.

b)

Usando o critério proposto no enunciado, devemos comparar o total de publicações sobre energia eólica em cada categoria. A ordem decrescente é mortalidade, fragmentação e perda de habitat e poluição sonora.

1 — Mortalidade: aves e morcegos podem colidir com as pás dos aerogeradores, provocando mortes e redução de suas populações. Isso pode afetar relações ecológicas e funções como dispersão de sementes, polinização e controle de insetos.

2 — Fragmentação e perda de habitat: a instalação de aerogeradores, estradas e outras estruturas pode remover a vegetação e dividir habitats. Isso reduz áreas de alimentação e reprodução, dificulta o deslocamento dos organismos e pode isolar populações.

3 — Poluição sonora: o funcionamento dos aerogeradores produz ruídos que podem afugentar animais e interferir em sua comunicação e comportamento, além de causar incômodo às populações humanas próximas.

Ordem de relevância: 1. mortalidade; 2. fragmentação e perda de habitat; 3. poluição sonora.

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

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Questão 10 no caderno da 2ª fase da UNICAMP 2023

Fonte: Comvest/Vestibular Unicamp 2023. Prova oficial ↗