A energia solar é a única fonte de energia do avião Solar Impulse 2, desenvolvido na École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça.
a) Para aproveitar a energia obtida dos raios solares e poder voar tanto à noite quanto de dia, o Solar Impulse 2, de massa aproximada m=2000kg, voava em alta altitude e velocidade $$v_{dia}=90\, km/h$$ durante o dia, armazenando energia solar para a noite. Ao anoitecer, o avião descia para altitudes menores e voava a uma velocidade aproximada de $$v_{noite}=57,6\, km/h$$. Qual é a variação da energia cinética do avião entre o dia e a noite?
b) As asas e a fuselagem do Solar Impulse 2 são cobertas por 270 m² de células solares, cuja eficiência em converter energia solar em energia elétrica é de aproximadamente 25%. O avião tem um conjunto de motores cuja potência total vale P=50,0kW e baterias que podem armazenar até E=164kWh de energia total. Suponha que o avião está voando com seus motores a 80% da sua potência máxima e que as baterias estão totalmente descarregadas. Considerando que a intensidade de energia solar que chega até as células solares é de 1,2kW/m², quanto tempo é necessário para carregar totalmente as baterias?
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Solução:
a) Aqui basta utilizar a equação da energia cinética, lembrando que as velocidades devem entrar em m/s, para isso basta dividir as velocidades por 3,6: \[\Delta E = E_{noite} – E_{dia} \longrightarrow \Delta E = \frac{m\cdot v_{noite}^{2}}{2} – \frac{m\cdot v_{dia}^{2}}{2} \longrightarrow \Delta E = \frac{2000\cdot 16^{2}}{2} – \frac{2000\cdot 25^{2}}{2} \longrightarrow \Delta E = -396000\, J\]
b) Primeiro precisamos calcular a energia disponível para o avião: \[E = 0,25\cdot 1,2\cdot 270 \longrightarrow E = 81\, kW\] Dessa energia, parte vai para o funcionamento das turbinas e o restante vai para o carregamento das baterias. Como a capacidade das baterias está em kWh, basta multiplicar a energia que vai para as baterias pelo tempo e igualar com a capacidade das baterias. \[(81 – 0,8\cdot 50)\cdot t = 164 \longrightarrow t = 4\, h\]
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