COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

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1 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES CADERNO 13 PROF.: Célio Normando CA 2 Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos. H5 - Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano. OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica - Disjuntores 1. O dispositivo de proteção de circuito mais simples que existe é o fusível. O fusível é apenas um fio fino, fechado em uma cápsula e que se conecta ao circuito. Quando o circuito é fechado, toda a corrente passa pelo fio do fusível, que recebe a mesma corrente que qualquer outro ponto do circuito. O fusível é planejado para romper quando aquecido acima de um certo nível; se a corrente subir muito, o fio queima. A destruição do fusível abre o circuito antes que o excesso de corrente possa danificar a fiação. Há o intuito de dimensionar um disjuntor para proteger a instalação elétrica de uma sala comercial, onde a tensão da rede elétrica é 220 V e possui uma lâmpada de 100 W, um ar-condicionado de 900 W e um computador de 100 W. Para que consideremos a segurança elétrica do ambiente como satisfatória, considerando-se uma tolerância de 40%, devemos usar um disjuntor de: Dados: P = i U, P = R i 2 ou P = U 2 /R. a) 30 A b) 22 A c) 10 A d) 7 A e) 5 A SOLUÇÃO: Dados: U = 220 V; PL = 100 W; Par = 900 W; Pcomp = 100 W; Imáx = 1,4 i. POTÊNCIA ELÉTRICA DO CIRCUITO DA SALA P = = W CORRENTE ELÉTRICA QUE PERCORRERÁ O CIRCUITO Sendo P = i U, temos: = i 220 i = 5 A. CORRENTE ELÉTRICA MÁXIMA NO DISJUNTOR DEVIDO A TOLERÂNCIA imáx = 1,4 5 = 7 A RESPOSTA (D) OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica 2. Gastos com iluminação, em uma residência, nem sempre são levados a sério, principalmente por quem não é responsável pelo pagamento. Com o intuito de economizar um pouco mais na conta de energia elétrica, os membros de uma família que, em 30 dias, consumia em média 240 kwh, decidiu redimensionar o sistema de iluminação. Para isso, decidiu trocar doze lâmpadas de sua residência, sendo duas de 100 W e dez de 60 W, pelas famosas lâmpadas econômicas de 25 W. Se considerarmos que as lâmpadas ficam acesas 4 horas por dia, a substituição resultou em uma economia de energia elétrica de, aproximadamente: a) 10% b) 16% c) 20% d) 25% e) 35%

2 SOLUÇÃO: A substituição resultou em uma diminuição de potência de: P ( ) W 0,5kW Esta troca resultou em uma diminuição de consumo de: E E P 0,5 E 60kWh t 4x30 O que representa um percentual de: % RESPOSTA (C) 240 CA2 Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos. H6 - Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum. OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica Disjuntores 3. Nos manuais de instruções de diversos aparelhos elétricos, é muito comum encontrarmos tabelas com especificações técnicas que, em certas situações, podem nos ser muito úteis. Observe a tabela a seguir, que foi extraída do manual de instruções de uma ducha elétrica da marca Cardal e da linha Suprema Plus. Imagine que o modelo de maior potência da versão 220 V dessa ducha esteja sendo usado diariamente com a chave na posição morno, por uma pessoa em Fortaleza-CE (onde a tensão nominal da rede é de 220 V). Em um certo ano, essa pessoa se mudou para Curitiba-PR (onde a tensão nominal da rede é de 127 V) e, na mudança, quis aproveitar a ducha Suprema Plus que já tinha e a levou para a sua nova cidade. Como as temperaturas médias de Curitiba são, em geral, mais baixas que as de Fortaleza, passou então a usar a ducha diariamente com a chave na posição quente. Qual o valor de disjuntor mais adequado para ser usado na ducha em Curitiba? a) Disjuntor de 5 A. b) Disjuntor de 10 A. c) Disjuntor de 15 A. d) Disjuntor de 30 A. e) Disjuntor de 50 A. SOLUÇÃO: A mesma ducha que era usada em Fortaleza será agora usada em Curitiba. Se, nesta última cidade, a chave será utilizada na posição quente, devemos inicialmente saber qual a resistência do chuveiro em Fortaleza para essa mesma posição, uma vez que essa resistência será mantida a mesma em Curitiba. Cálculo da Resistência do Chuveiro na posição quente em Fortaleza: P=U 2 /R, sendo P = W, U = 220 V 5500 = (220) 2 /R R = 8,8

3 Como a resistência elétrica R para a mesma posição (quente) da mesma ducha será mantida, teremos: Curitiba: U = R i 127 = 8,8i i 14,4 A Logo, dentre as opções listadas, o disjuntor mais adequado para a ducha seria, em Curitiba, o de 15 A. RESPOSTA (C) OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica 4. No manual de instalação de um ventilador de teto, além das informações importantes no quesito montagem, vale a pena observar as informações relativas aos dados técnicos do mesmo. No manual de instalação de um ventilador de teto, além das informações importantes no quesito montagem, vale a pena observar as informações relativas aos dados técnicos do mesmo. Sabendose que tensão, potência e corrente elétrica são grandezas que se relacionam matematicamente, para que os dados anteriores sejam verificados, temos que a razão entre o valor da corrente elétrica no aparelho de 127 V, relativamente à do modelo de 220 V, se ligados de acordo com as referências nominais, será, aproximadamente: a) 0,5 b) 0,8 c) 1,2 d) 1,7 e) 2,3 SOLUÇÃO: Sendo P = V i, para uma mesma potência, o valor da corrente elétrica será inversamente proporcional ao valor da tensão. Dessa forma: 127 i1 = 220 i2 i1 = 220/127 i2 i1 1,7i2. RESPOSTA (D) OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica 5. Trocando a resistência do chuveiro

4 Na troca da resistência de um chuveiro elétrico que não está mais esquentando direito, o motivo que nos leva a tomar tal decisão é porque: a) com o passar do tempo, a resistência sofre uma dilatação natural, fazendo com que seu valor diminua e, dessa forma, sua potência diminua. b) com o passar do tempo, a resistência sofre uma contração natural, fazendo com que seu valor aumente e, dessa forma, sua potência diminua. c) com o passar do tempo, a resistência sofre uma dilatação natural, fazendo com que seu valor aumente e, dessa forma, sua potência diminua. d) com o passar do tempo, a resistência sofre uma contração natural, fazendo com que seu valor aumente e, dessa forma, sua potência aumente. e) com o passar do tempo, a resistência não sofre alterações no seu valor, o que muda é a tensão na rede, fazendo com que, dessa forma, sua potência diminua. SOLUÇÃO: A d.d.p (tensão na rede) permanece a mesma. Assim se o chuveiro não está mais esquentando direito, significa que a potência diminuiu. Para que a potência tenha diminuído, a resistência deve ter aumentado devido à dilatação natural por conta de seu aquecimento, durante seu funcionamento. RESPOSTA (C) OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica 6. Energia de funcionamento de um chuveiro elétrico O quadro a seguir mostra as potências e as tensões disponíveis no mercado, em cada uma das posições de temperatura. Disponível em: < sustentabilidade-economizando-energia?id=55>. No manual de instalação anterior, podemos observar que, quando usamos o modelo de 127 V de acordo com seus valores nominais, a corrente é maior do que quando usamos o modelo de 220 V, também se ligado corretamente. Dessa forma, para um mesmo intervalo de tempo de uso e analisando as potências nominais, se colocarmos no seletor de temperatura: a) superquente, a energia elétrica consumida no primeiro caso será maior que no segundo. b) superquente, a energia elétrica consumida no primeiro caso será menor que no segundo. c) quente, a energia elétrica consumida no primeiro caso será maior que no segundo. d) quente, a energia elétrica consumida no primeiro caso será igual à do segundo. e) superquente, a energia elétrica consumida no primeiro caso será igual à do segundo. SOLUÇÃO: A energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência pelo tempo de utilização. Na posição quente o modelo 2 (220V) tem potência maior, logo para um mesmo intervalo de tempo consumirá mais energia. Na posição superquente as potências serão as mesmas nos dois modelos. Dessa forma, as energias consumidas serão iguais. RESPOSTA (E) CA 3 Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos. H8 Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos. OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia - Transformações de energia.

5 7. Parada sustentável O e-ponto é uma parada de ônibus que tem uma Central de Energia Renovável, ou seja, um sistema experimental de produção de energia elétrica por meio do aproveitamento do movimento dos ônibus nos corredores, integrado a um sistema de painéis solares. O e-ponto contará com um sistema climatizado que tentará aliviar a sensação de desconforto na parada de ônibus. Haverá também um painel interativo chamado Totem Digital, com tela sensível ao toque, que permite a consulta das linhas de ônibus, lixeiras interativas que emitem sinais sonoros quando utilizadas, iluminação inteligente (que controla a luz conforme a presença de pessoas) e conexão Wi-Fi (sem fio) para celular. A parada terá energia própria produzida por painéis solares instalados no teto, que serão responsáveis por fazer funcionar os computadores e equipamentos do local. Também será instalada uma central de energia renovável, com um dispositivo que vai gerar energia elétrica por meio da captação do movimento dos ônibus (vibração), ao passarem por cima de um equipamento no solo, com o objetivo de iluminar a parada de ônibus. Disponível em: < (adaptado). Acesso em: 26 jun De acordo com o texto, podemos observar que a parada chamada de e-ponto utiliza algumas formas de energia sustentáveis para o seu funcionamento. Podemos afirmar que o principal tipo de transformação energética usado para o funcionamento de computadores na parada sustentável foi: a) energia potencial. b) energia fotovoltaica. c) energia cinética. d) energia gravítica. e) energia elástica. SOLUÇÃO: Do texto, temos: A parada terá energia própria produzida por painéis solares instalados no teto, que serão responsáveis por fazer funcionar os computadores e equipamentos do local. Concluímos que a transformação energética usada é a fotovoltaica, que pode ser definida como: a eletricidade gerada a partir da luz do Sol, sendo necessário possuir painéis fotovoltaicos, compostos de materiais semicondutores (o principal é o silício). Vale ressaltar que a energia gravítica é a mesma energia potencial gravitacional. RESPOSTA (B) OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia 8. Cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) lançaram mão de nanotecnologia para desenvolver um vidro antiembaçante, autolimpante e antirreflexo ativado por raios ultravioleta. Na superfície do vidro, camadas muito finas criam uma lâmina de minúsculos cones. A altura deles é cinco vezes maior do que a largura, mas de tamanho comparável ao grão de areia. Este padrão praticamente elimina reflexos e repele a água. Os pesquisadores filmaram uma gota de água caindo sobre o vidro com a tecnologia. Ao tocar na textura do vidro, o líquido é empurrado para cima, o que faz lembrar uma pequena bola de borracha quicando no chão. A expectativa é que o vidro com a nanotextura possa ser fabricado em larga escala, com baixo custo e grande aplicabilidade. Ele poderia ser aproveitado em sensores óticos, telas de celulares (sobretudo smartphones), televisores, carros e mesmo em janelas de prédios ou casas.

6 Por exemplo, as placas de geração de energia solar chegam a perder 40% de sua eficiência em seis meses por causa de sujeira acumulada na superfície. O problema seria muito reduzido com a nova tecnologia. Além disso, o vidro convencional pode refletir até metade dos raios de Sol, dependendo da incidência dos raios. Com a nanotextura, essa porcentagem seria praticamente insignificante. Disponível em: < A geração de energia elétrica por meio de células fotovoltaicas é feita pela conversão da radiação sob a forma de calor e luz. De acordo com o texto e com os conceitos de produção de energia elétrica, podemos afirmar que: a) uma placa para a produção de energia solar não funciona com tempo nublado, pois a placa não recebe claridade nem calor. b) o vidro convencional faz com que a produção de energia elétrica por meio de placas solares seja de alta eficiência. c) quando a capacidade refletora do vidro da placa solar é aumentada, a produção de energia elétrica se torna máxima. d) o uso, no futuro, do vidro com a nanotextura é inviável, pois só aumentará o custo(que já é elevado) para se produzirem parques solares. e) o uso do vidro com a nanotextura é ativado por meio dos raios solares, tornando mínima a porcentagem da reflexão desses raios. SOLUÇÃO: O custo da energia solar ainda é alto, mas, com a nanotextura, esses custos podem diminuir, pois o texto garante que pode ser produzido com baixo custo. O texto também destaca o processo de ativação da nanotextura quando diz para desenvolver um vidro antiembaçante, autolimpante e antirreflexo ativado por raios ultravioleta. Os raios solares compostos de radiação ultravioleta têm o poder de ativar essas características, reduzindo, assim, o poder reflexivo do vidro ( com a nanotextura, essa porcentagem seria praticamente insignificante ). OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia - Transformações de energia. RESPOSTA (E) 9. Como funciona uma usina nuclear? Fukushima e seus impactos para o Japão Com os terremotos e tsunamis, o Japão teve muitos prejuízos. Além da destruição causada pelo tremor e pela invasão das águas, o país ainda sofre com os vazamentos e explosões de uma usina nuclear. As usinas nucleares têm por finalidade a produção de energia elétrica por meio da fissão de elementos nucleares. Por ser considerada uma das formas de energia mais limpas do mundo, países desenvolvidos investem bastante nessa área. Infelizmente, por se tratar de uma forma nuclear de obtenção de energia, deve-se tomar todas as precauções possíveis para se evitar os vazamentos de elementos radioativos, que podem causar inúmeras doenças e deformações além de morte a quem for exposto a eles. No caso do Japão, o vazamento na usina nuclear de Fukushima se deu por causa da explosão ocorrida no local. Para funcionar, uma usina nuclear precisa de um reator e de um sistema de refrigeração. Com o terremoto, o sistema de refrigeração parou de funcionar e o reator atingiu uma temperatura que levou à explosão a base de hidrogênio. Até o momento, as autoridades japonesas orientam a população a se afastar em um raio de 30 km da área da usina, que é, segundo cálculo dos especialistas, o raio mais atingido pela radiação emitida com a explosão.

7 Disponível em: < (adaptado). Acesso em: 24 jun No esquema de funcionamento de uma usina nuclear, existem várias etapas de conversão de energia. O texto anterior descreveu particularmente o acidente nuclear na usina de Fukushima, no Japão. Analisando o infográfico anterior e levando em conta as possíveis transformações de energia que ocorrem em uma usina nuclear, podemos afirmar que o grande perigo de as bombas de resfriamento pararem de funcionar (como ocorreu devido ao blecaute provocado por terremoto) é que: a) no gerador de vapor, a energia potencial gravitacional do vapor produzido no reator é transformada em calor, que precisa, por meio do processo de resfriamento promovido pelas bombas d água, ser retirado do sistema. b) no reator, a energia nuclear é transformada em calor, que, por sua vez, é utilizado no gerador de vapor para produzir o vapor que fará a turbina se movimentar, gerando energia elétrica. Por causa do efeito Joule, esse gerador de energia elétrica precisa ser resfriado pela água que circula por meio das bombas de resfriamento. c) na turbina, a energia cinética adquirida é convertida em elétrica e em térmica. Como ocorrem muitos atritos entre as suas partes mecânicas, a turbina precisa ser continuamente resfriada pela água que circula por meio das bombas de resfriamento. d) no reator, a energia nuclear é transformada continuamente em calor, que é utilizado para produzir vapor no gerador de vapor. Esse vapor é utilizado para movimentar a turbina geradora de eletricidade. O controle da temperatura no reator é essencial já que nele são envolvidas grandes quantidades de calor, daí a importância do resfriamento pelas bombas d água. e) parte da energia gerada no reator se transforma em calor devido a forças dissipativas (atrito) no interior da tubulação que conecta o gerador de vapor ao setor da turbina. Há também o efeito Joule no gerador de energia elétrica e no transformador, que também serão resfriados diretamente pelo mecanismo promovido pelas bombas d água. SOLUÇÃO: Como nos mostra o próprio infográfico, no reator ocorrem fissões nucleares nas quais há a conversão de energia nuclear em térmica. Esse calor produzido aquece bastante tanto o reator como o gerador de vapor e também o setor da turbina. Para evitar superaquecimentos, principalmente no reator, existe o importantíssimo mecanismo de resfriamento pelas bombas de

8 água. Não há participação direta desse mecanismo no controle de temperatura do gerador de eletricidade e do transformador. OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia - Transformações de energia. 10. Cientistas suecos criam pipa que gera energia elétrica debaixo d água Os modelos já existentes podem abastecer até 300 casas de porte médio RESPOSTA (D) Nas águas do Mar do Norte, cientistas da Suécia encontraram uma forma limpa e surpreendente de gerar energia. Parece brinquedo de criança, mas o papagaio feito por engenheiros suecos é coisa séria e para lá de diferente: em vez de voar no céu, ele navega no fundo do mar, preso por uma âncora a 80 metros da superfície, para evitar a colisão com navios. Vai de um lado para o outro, embalado pelas correntes marítimas, que chegam a uma velocidade média de nove quilômetros por hora. O papagaio carrega uma turbina hidrodinâmica que produz energia elétrica. O protótipo foi usado nos primeiros testes feitos em Gotemburgo, na beira do Mar do Norte. A asa tem 1,2 metro de envergadura e a turbina é mais ou menos do tamanho de uma garrafa de um litro. Os papagaios subaquáticos que já funcionam no fundo do mar são 10 vezes maiores: têm asas de 12 metros e turbinas do tamanho de um tonel. Cada papagaio produz energia suficiente para abastecer 300 casas de porte médio. O empresário Anders Jansson, diretor do projeto, afirma que o uso de apenas 1% do potencial energético marítimo seria suficiente para atender cinco vezes à atual demanda do planeta. Em quase todas as costas marítimas da Terra existem correntes fortes o suficiente para mover esse tipo de turbina. No Brasil, as melhores condições se apresentam na Região Nordeste, diz ele. As turbinas instaladas na Suécia custam o equivalente a R$ 1,5 milhão. Daqui a dois anos, já estarão disponíveis para produzir energia em todo o mundo, em silêncio, debaixo d água e sem poluir o meio ambiente. Disponível em: < (adaptado). Acesso em: 23 jun Observamos, no texto, que há uma clara manifestação do uso da ciência em prol de novos processos de transformação de energia, de forma a diminuir a degradação ambiental. No presente caso, os papagaios subaquáticos estão promovendo transformação de energia: a) térmica em mecânica. b) cinética em elétrica. c) química em térmica. d) elétrica em mecânica. e) potencial em cinética. SOLUÇÃO: As correntes marítimas possuem velocidade, logo têm energia cinética, que a turbina hidrodinâmica transforma em energia elétrica. RESPOSTA (B) GABARITO 1. D 2. C 3. C 4. D 5. C 6. E 7. B 8. E 9. D 10. B