FÍSICA - Produção e consumo de energia elétrica

Observe a tabela com alguns aparelhos eletrodomésticos, suas respectivas potências e o tempo de uso diário de cada um.

Considerando o custo do kWh R$ 0,40, e que o chuveiro foi utilizado durante 20 dias na posição verão e 10 dias na posição inverno, o custo em reais para uso desses aparelhos ao final de 30 dias será de:

Um casal, pensando em economizar energia elétrica, resolve trocar todas as lâmpadas incandescentes de sua residência por lâmpadas fluorescentes compactas.

A residência tem 5 lâmpadas de 100 W cada e 4 lâmpadas de 60 W cada. Ao chegar à loja, o casal consulta uma tabela que compara a potência de lâmpadas que apresentam o mesmo fluxo luminoso, mas funcionamento distinto: 

Considere que cada lâmpada da residência fica acesa durante 3 horas por dia.

Trocando as lâmpadas em sua residência, o casal terá uma economia de energia de:

Até bem pouco tempo atrás encontrávamos com facilidade no mercado os três tipos de lâmpadas abaixo.

Lâmpada comum, CFL e LED, respectivamente.

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Com a chegada das lâmpadas fluorescentes compactas (CFL), iniciou-se a substituição das lâmpadas incandescentes que demandam maior quantidade de energia para produzir luminosidade. Agora, com as lâmpadas de LED, novamente as substituições começaram. Com uma durabilidade bem maior que as demais, produz luminosidade com maior eficiência, mesmo com menores potências. Comparando o consumo de uma lâmpada incandescente de 60 W, durante 6 horas de uso por dia, com o consumo de uma lâmpada de LED, com luminosidade equivalente e, uma potência de 8 W, a energia consumida pela lâmpada incandescente em 30 dias de uso será aproximadamente:

Um marceneiro cobra R$ 200,00 para fazer um pequeno armário sob medida. O cliente pode escolher em receber o armário montado ou que ele seja montado no local. Tirando o custo do material, madeira, parafusos, revestimentos e puxadores, lhe sobrava 35 reais. Seu último cliente pediu que o armário fosse entregue já montado, para evitar aquela poeira sempre indesejável. Na montagem na marcenaria, a furadeira/parafusadeira (2.400 W) foi utilizada durante praticamente 40 min. Após montá-lo e entregá-lo, resolveu calcular o quanto a utilização de sua energia elétrica impactou sobre os 35 reais que ganhou. Levando-se em conta esse gasto com energia elétrica, o valor líquido que recebeu foi de: (R$ 0,45/kWh)

Os grandes centros de consumo de energia elétrica nem sempre ficam próximos das fontes geradoras de energia. Como no Brasil a geração é, em grande parte feita por hidrelétricas, as distâncias acabam sendo ainda maiores. Para levar a energia produzida por elas são necessários quilômetros e mais quilômetros de linhas de transmissão.

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Linhas de transmissão muito extensas:

Recentemente, a França, país onde a dependência das usinas nucleares para geração de energia elétrica é muito alta, anunciou a construção de 1.000 km de rodovias com pavimentação “solar” em 5 anos. São painéis fotovoltaicos revestidos por uma resina especial e muito resistente, para aguentar o fluxo de carros sobre eles. Testes feitos na cidade de Tourouvre, com um trecho de 1 km, mostraram que painéis com 1 m² são capazes de produzir 70 kWh por ano de energia. É bem pouco se compararmos com fornecimento por outras fontes de energia e principalmente com o investimento feito. A ideia é aproveitar os espaços já ocupados pelas rodovias para produzir energia. Para cada metro de comprimento da rodovia, são usadas 3 placas de 1 m² em cada pista. Ao atingir a meta de 1.000 km de rodovias solares, a geração de energia elétrica em cinco anos seria capaz de alimentar o consumo de quantas residências com consumo mensal de 200 kWh, em um ano?

O uso de fontes renováveis de energia vem crescendo bastante no mundo ao longo dos anos. O Brasil é um dos países de destaque nessa questão. Além de possuir uma matriz energética, em que 43% da energia consumida provém de fontes renováveis, no mundo esse percentual não passa dos 15%. Estudos apontam que o mundo todo poderia ser alimentado por energia elétrica, gerada pelas fontes eólicas, se todo seu potencial fosse explorado. Com o avanço das tecnologias, a eficiência da produção de energia por meio de estações eólicas vem aumentando, porém, é importante que sejam instaladas em regiões onde as condições sejam favoráveis. Sobre essas regiões, podemos dizer que:

Os carros híbridos já são realidade em nossas ruas e avenidas. Esses carros funcionam com dois motores, à combustão e elétrico, que permitem maior agilidade e economia. O modelo abaixo, um dos primeiros a chegar ao Brasil, nem sequer precisa ser conectado a uma tomada. Com um sistema que captura energia durante as frenagens, garante uma autonomia excelente, com os motores trabalhando em conjunto. Quando as baterias estão num nível de carga muito baixo, o motor a combustão supre a necessidade para continuar em movimento.

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Dentre as afirmações abaixo, marque aquela que apresenta os efeitos do uso de um sistema híbrido para com o meio ambiente.

Observe a imagem abaixo.

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A “régua” utilizada pela pessoa, apesar de preparada para receber várias conexões, não garante total segurança para o funcionamento dos aparelhos. Apesar de um procedimento comum, não é muito indicado porque:

Um consumidor ficou assustado ao receber sua conta mensal de energia elétrica, R$ 450,00. Seus gastos com energia nos meses anteriores não passavam de R$ 250,00. Após o susto, olhou com mais calma a conta, anotou num papel o consumo em kWh e foi verificar qual a medida que o relógio de luz apresentava. Novamente um susto. Veja o que ele encontrou ao olhar a marcação do relógio.

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Comparando com o que havia marcado no papel, 81573, viu que a diferença era muito pequena e, com certeza, havia um erro na leitura feita pela concessionária. Se a leitura para o mês seguinte for essa que está na imagem, o valor da próxima conta, levando-se em conta o custo de R$ 0,40, que esse consumidor terá que pagar, será de:

Com a chegada do verão, as temperaturas começam a subir e aquela vontade de tomar um copo de água gelada é inevitável. O problema é que se tivermos que abrir a geladeira a todo momento quando tivermos sede, a água certamente não ficará gelada por muito tempo. Ao abrir e fechar a geladeira diversas vezes, em um período curto tempo, prejudicaremos seu rendimento. Em funcionamento normal uma geladeira, com potência de 260 W, funciona em média 8 horas por dia. Se abrirmos e fecharmos várias vezes sua porta, forçaremos seu funcionamento por 10, 12 ou até 14 horas por dia. Isso irá impactar no consumo e a conta de energia ficará mais cara. Com o custo do kWh em R$ 0,40, a diferença em reais na conta do mês (30 dias), se a geladeira trabalhar 14 horas por dia em relação às 8 horas normais, será mais próxima de:

A escassez de chuvas é sempre um problema para as regiões de grande concentração populacional. Além disso, também gera problemas na produção de energia por meio das hidrelétricas. Mesmo aquelas com reservatórios gigantescos, têm sua capacidade diminuída nesses períodos. Isso acarreta uma menor produção de energia para atender as demandas dos grandes centros. Dentre as afirmativas, aquela que apresenta corretamente a explicação para essa diminuição na produção de energia elétrica é:

Numa pequena marcenaria existem 10 lâmpadas do tipo fluorescente, cuja potência é de 18 W cada uma, e funcionam 8 horas por dia. Ouvindo os comentários de amigos e clientes, de que as lâmpadas de LED são bem mais econômicas e duráveis, o dono da marcenaria resolveu substituir as lâmpadas antigas por estas. Na loja, foi orientado a substituir por lâmpadas de LED com potência de 10W cada uma, para manter a mesma luminosidade das antigas. Considerando o custo do kWh de R$ 0,42, a economia de energia e o valor em reais poupado, após um ano de utilização das novas lâmpadas, são mais próximos de:

Com o aumento da violência e dos assaltos, principalmente a residências, tornou-se comum a instalação de cercas elétricas nos muros e telhados das casas. O que muita gente esquece quando instala uma cerca elétrica é que ela gera um consumo, cerca de 5 kWh por mês, que será incorporado ao seu custo mensal. É como se você comprasse um novo aparelho eletroeletrônico para sua casa. Se seu custo mensal for equivalente a R$ 80,00 (R$ 0,40 por Kwh) desconsiderando taxas e impostos, o percentual de impacto do uso da cerca elétrica, sobre a quantidade de kWh utilizados será de: 

Em cidades ensolaradas na maior parte do ano, o uso de painéis fotovoltaicos pode ser uma alternativa interessante ao uso da energia fornecida pelas companhias. O fato é que as companhias de energia incentivam essa prática, que pode até dar retorno financeiro para quem as usa. Isso ocorre em função da produção de energia pelos painéis ultrapassar o consumo da residência. O excedente dessa energia pode ser vendido às companhias. Para isso, é necessário um sistema adequado que permita a conexão coma a rede elétrica externa. Em um mês 100% ensolarado, com períodos de 8 h de luminosidade efetiva ao dia, 4 painéis fotovoltaicos de uma residência, cada um com potência de 240 W, funcionam a plena carga. O consumo mensal de energia elétrica dessa residência é de 220 Kwh no mês. Nas condições acima, na relação entre a energia comprada da companhia e a energia produzida pelos painéis fotovoltaicos:

Os carros esportivos têm motores superpotentes, capazes de levar esses bólidos a mais de 300 km/h com facilidade.

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Comparando os 700 CV (1 CV = 735 W) de potência do Lamborghini Aventador com os 8 W de uma lâmpada de LED, durante um período de 30 minutos de funcionamento do motor em alta velocidade, a energia transformada por ele faria a lâmpada de LED funcionar, ininterruptamente, por aproximadamente: