Preparando-se para o ENEM / 2014

Enem / Energia V

Exercício 1:
Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo.
Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma.
A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.

Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente

(A) R$ 135.        (B) R$ 165.
(C) R$ 190.        (D) R$ 210.
(E) R$ 230.

Resolução:

A energia elétrica consumida (em kWh) é dada pelo produto da potência do aparelho (em kW) pelo intervalo de tempo de uso (em h).
Assim, a energia elétrica total consumida em um mês (30 dias) será:

E_el = 1,5.8.30+3,3.(1,3).30+0,2.10.30+0,35.10.30+0,6.10.30
E_el = 576 kWh

Sendo R$ 0,40 o custo de 1 kWh, concluímos que o consumo mensal da casa será: 576 x 0,40 => R$ 230,40 ≅ R$ 230,00

Resposta: (E)

Exercício 2:
Um problema ainda não resolvido da geração nuclear de eletricidade é a destinação dos rejeitos radiativos, o chamado “lixo atômico”. Os rejeitos mais ativos ficam por um período em piscinas de aço inoxidável nas próprias usinas antes de ser, como os demais rejeitos, acondicionados em tambores que são dispostos em áreas cercadas ou encerrados em depósitos subterrâneos secos, como antigas minas de sal. A complexidade do problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de

(A) emitir radiações nocivas, por milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente.
(B) acumular-se em quantidades bem maiores do que o lixo industrial convencional, faltando assim locais para reunir tanto material.
(C) ser constituído de materiais orgânicos que podem contaminar muitas espécies vivas, incluindo os próprios seres humanos.
(D) exalar continuamente gases venenosos, que tornariam o ar irrespirável por milhares de anos.
(E) emitir radiações e gases que podem destruir a camada de ozônio e agravar o efeito estufa.

Resolução: 

O problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de emitir radiações nocivas por milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente.

Resposta: (A)

Exercício 3:
O funcionamento de uma usina núcleo elétrica típica baseia-se na liberação de energia resultante da divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor massa, processo conhecido como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se uma mistura de diferentes átomos de urânio, de forma a proporcionar uma concentração de apenas 4% de material físsil. Em bombas atômicas, são utilizadas concentrações acima de 20% de urânio físsil, cuja obtenção é trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não físsil. Em grande parte do armamento nuclear hoje existente, utiliza-se, então, como alternativa, o plutônio, material físsil produzido por reações nucleares no interior do reator das usinas núcleo elétricas. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que:

A)  a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido a sua utilização em armas nucleares.
B) a proibição de se instalarem novas usinas núcleo elétricas não causará impacto na oferta mundial de energia.
C) a existência de usinas núcleo elétricas possibilita que um de seus subprodutos seja utilizado como material bélico.
D) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em usinas núcleo elétricas.
E)  a baixa concentração de urânio físsil em usinas núcleo elétricas impossibilita o desenvolvimento energético.

Resolução:

O plutônio, material físsil produzido por reações nucleares no interior do reator das usinas núcleo elétricas, pode ser usado na fabricação de bombas atômicas.

Resposta: (C)

Exercícios 4:
Na avaliação da eficiência de usinas quanto a produção e aos impactos ambientais, utilizam-se vários critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual de energia elétrica e potência instalada ou razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório. No quadro seguinte, esses parâmetros são aplicados às duas maiores hidrelétricas do mundo: Itaipu, no Brasil, e Três Gargantas, na China.

Com base nessas informações, avalie as afirmativas que se seguem.

I. A energia elétrica gerada anualmente e a capacidade nominal máxima de geração da hidrelétrica de Itaipu são maiores que as da hidrelétrica de Três Gargantas.
II. Itaipu e mais eficiente que Três Gargantas no uso da potencia instalada na produção de energia elétrica.
III. A razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório e mais favorável na hidrelétrica  Três Gargantas do que em Itaipu.

É correto apenas o que se afirma em

A) I.     B) II.     C) III.     D) I e III.     E) II e III.

Resolução:
 
I. Incorreta. 
A energia elétrica gerada anualmente é maior para Itaipu (93 bilhões de kWh) do que para Três Gargantas (84 bilhões de kWh). Entretanto, a capacidade nominal máxima de geração (dada pela potência instalada)  é maior para a hidrelétrica de Três Gargantas.

II. Correta. 
A usina de Itaipu é mais eficiente que Três Gargantas. Com uma potência elétrica instalada menor produz , anualmente, uma maior quantidade de energia elétrica.

III. Correta.
Itaipu: 12600MW/1400km² = 9MW/km²
Três Gargantas: 18200MW/1000km²=18,2 MW/km²

Resposta: (E)

Texto para as questões 5 e 6

O carneiro hidráulico ou aríete, dispositivo usado para bombear água, não requer combustível ou energia elétrica para funcionar, visto que usa a energia da vazão de água de uma fonte. A figura a seguir ilustra uma instalação típica de carneiro em um sitio, e a tabela apresenta dados de seu funcionamento.

Exercício 5: 
No sitio ilustrado, a altura da caixa d’água é o quádruplo da altura da fonte. Comparado a motobombas a gasolina, cuja eficiência energética é cerca de 36%, o carneiro hidráulico do sitio apresenta

A) menor eficiência, sendo, portanto, inviável economicamente.
B) menor eficiência, sendo desqualificado do ponto de vista ambiental pela quantidade de energia que desperdiça.
C) mesma eficiência, mas constitui alternativa ecologicamente mais apropriada.
D) maior eficiência, o que, por si só, justificaria o seu uso em todas as regiões brasileiras.
E) maior eficiência, sendo economicamente viável e ecologicamente correto.

Resolução:

A mínima eficiência do carneiro é dada por:

ε = (H/h).(V_b/V_f) => ε = 4.(120/1200) => ε = 0,4 = 40%

Portanto, a eficiência mínima (40%) é maior do que a da motobomba a gasolina (36%). Observe que este processo necessita de uma fonte de água corrente o que não existe em todas as regiões brasileiras.

Resposta (E)

Exercício 6:
Se, na situação apresentada, H = 5 × h, então, e mais provável que, após 1 hora de funcionamento ininterrupto, o carneiro hidráulico bombeie para a caixa d’água

A) de 70 a 100 litros de água.
B) de 75 a 210 litros de água.
C) de 80 a 220 litros de água.
D) de 100 a 175 litros de água.
E) de 110 a 240 litros de água.

Resolução:
 
Para h/H = 1/4, temos: 120L/h ≤ V_b ≤ 210L/h
Para h/H = 1/6, temos: 80L/h ≤ V_b ≤ 140L/h

Média aritmética: (1/4+1/6)/2 = (3/12+2/12)/2 = 5/24 ≅ 1/5

Vamos fazer uma interpolação, calculando as médias aritméticas para

h/H = 1/5: (120L/h +80L/h)/2 ≤ V_b ≤ (210L/h +140L/h)/2

Portanto:

100L/h ≤ V_b ≤ 175L/h

Resposta: (D)

Exercício 7:
Não e nova a ideia de se extrair energia dos oceanos aproveitando-se a diferença das mares alta e baixa. Em 1967, os franceses instalaram a primeira usina “maré-motriz”, construindo uma barragem equipada de 24 turbinas, aproveitando-se a potência máxima instalada de 240 MW, suficiente para a demanda de uma cidade com 200 mil habitantes. Aproximadamente 10% da potência total instalada são demandados pelo consumo residencial.
Nessa cidade francesa, aos domingos, quando parcela dos setores industrial e comercial para, a demanda diminui 40%. Assim, a produção de energia correspondente a demanda aos domingos será atingida mantendo-se

I. todas as turbinas em funcionamento, com 60% da capacidade máxima de produção de cada uma delas.
II. a metade das turbinas funcionando em capacidade máxima e o restante, com 20% da capacidade máxima.
III. quatorze turbinas funcionando em capacidade máxima, uma com 40% da capacidade máxima e as demais desligadas.

Esta correta a situação descrita

A) apenas em I.
B) apenas em II.
C) apenas em I e III.
D) apenas em II e III.
E) em I, II e III.

Resolução:
 
Cada turbina produz, em média, 10 MW.

Aos domingos a potência a ser gerada é igual a: 60% de 240 MW, isto é, 144 MW

I. Correta. 
Se todas as turbinas estiverem em funcionamento, com 60% da capacidade máxima de produção de cada uma delas, teremos: 24.0,6.10 MW = 144 MW

II. Correta. 
Para a metade das turbinas funcionando em capacidade máxima e o restante, com 20% da capacidade máxima, temos:
12.10MW + 12.0,20.10MW = 144 MW

III. Correta. 
Para quatorze turbinas funcionando em capacidade máxima, uma com 40% da capacidade máxima e as demais desligadas, temos:
14.10MW + 0,40.10MW = 144 MW

Resposta: (E)