Baixe Transformações de Energia: Unidades, Potência e Consumo Elétrico e outras Notas de aula em PDF para Energia, somente na Docsity!
TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA
CV - HP - kWh - Rendimento
ENERGIA: capacidade de produzir trabalho
Cinética: é a energia em movimento Potencial: é a energia em repouso
A unidade de trabalho é o Joule (J)
UNIDADES PADRÃO NO SI
Medidas Unidades Símbolos
Comprimento Metro m
Massa Quilograma kg
Tempo Segundo s
Força Newton N
Potência Watt W
Trabalho Joule J
Intensidade luminosa Candela cd
Temperatura termodinâmica Kelvin K
Unidades de medidas de potência - CV e HP
CV (cavalo-vapor): é uma unidade de potência que corresponde a um trabalho mecânico para levantar um peso de 75kg a uma altura de 1 metro em 1 segundo.
Atualmente o CV é uma medida muito usada na indústria automobilística para a classificação da potência dos motores de combustão.
HP (horse power): Nos países anglo-saxônicos, utiliza-se o horse power , de símbolo, que é uma unidade de mesma escala de grandeza, mas com valores diferentes. O horse power define-se como sendo a potência necessária para elevar verticalmente uma massa de 33.000 libras a uma altura de 30,48cm em 1 minuto.
Um pouco de história:
O termo horse power foi criado por James Watt (1736 – 1819) que foi um notável engenheiro escocês, conhecido pela sua enorme contribuição no desenvolvimento das máquinas a vapor e precursor da revolução industrial.
Watt utilizava cavalos que, na época, eram o instrumento de trabalho pesado ao qual mais se recorria.
Para poder expressar a potência da sua máquina a vapor, James Watt realizou diversas experiências avaliando o poder de tração dos cavalos, em elevarem baldes de carvão de uma mina.
Watt determinou que, em média, um cavalo necessitava de 1 minuto para elevar 22.000 libras-pé (elevar um balde de carvão pesando 22.000 libras^1 , a uma altura de um pé). Ou seja, em unidades do sistema internacional: 9.970 kg a uma altura de 0,3048m ou 30,48cm em 1 minuto.
Posteriormente, após uma revisão de seus cálculos e conceitos, Watt decidiu aumentar o trabalho realizado pelos cavalos para 33.000 libras-pé, estabelecendo em definitivo a unidade de potência horse power.
Assim, um HP pode ser definido como o trabalho mecânico para elevar um peso de 14.979,82kg a uma altura de 30,48cm em 1 minuto.
Em unidades SI temos que 1 HP = 745,6987158227022W.
Tanto o CV como o HP mede potência cujos valores são muito próximos:
1 CV = 735,49875W (735,5W)
1 HP = 745,6987158227022 (745,7W)
Potência = tempo
trabalho
tempo
força xdeslocamento
(^1) 1 libra = 453,59237 gramas ou 0,45359237kg
Resolvendo:
- 10 lâmpadas de 60W total = 600W
1 hora = 3.600s 6 horas = 3.600 x 6 = 21.600s
E = P x t = 600 x 21.600 = 12.960.000 joules
- 2 lâmpadas de 100W total = 200W
1 hora = 3.600s 1/2 hora = 1.800s
E = P x t = 200 x 1.800 = 360.000 joules
- 1 rádio de 30W
1 hora = 3.600s
E = P x t = 30 x 3.600 = 108.000 joules
- 1 ferro elétrico de passar de 1.000W
1 hora = 3.600s 1/2 hora = 1.800s
E = P x t = 1.000 x 1.800 = 1.800.000 joules
CONSUMO DIÁRIO:
15.228.000 joules
CONVERTENDO PARA watts/hora:
= 4.230Wh
CONVERTENDO PARA kilowatt/hora:
= 4,23kWh
O MESMO EXERCÍCIO PODERÁ SER RESOLVIDO CONVERTENDO OS VALORES
PARA OS MÚLTIPLOS DO SI.
Assim, watts em kilowatts e o tempo permanece em horas, como no enunciado.
lâmpadas de 60W = 0,06kW lâmpadas de 100W = 0,1kW rádio de 30W = 0,03kW ferro elétrico de passar de 1.000W = 1kWh meia hora = 0,
- 10 x 0,06kW x 6 = 3,6kWh 2 ) 2 x 0,1kW x 0,5 = 0,1kWh
- 1 x 0,03 x 1 = 0,03kWh
- 1 x 1.000 x 0,5 = 0,5kWh
CONSUMO DIÁRIO: 3,6kWh + 0,1kWh + 0,03kWh + 0,5kWh = 4,23kWh
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
São gastas 4 toneladas de gás para alimentar um forno industrial. Quanto sairia por meio de energia elétrica a alimentação desse forno, supondo que um kilowatt-hora custa R$0,30 e supondo que um quilo de gás equivale a 18.000BTU?
Resolvendo:
Observe que trata-se da conversão de uma forma de energia para outra forma de energia, neste caso vamos substituir o gás por eletricidade.
Veja a seguir uma tabela de conversão de algumas unidades importantes para BTU ( B ritish T hermal U nit)
Quant. U. medida BTU 1 Wh = watt-hora 3, 1 kWh = quilowatt-hora 3.412, 1 Ws = watt-segundo 0, 1 kWs = quilowatt-segundo 0, 1 J = joule 0, 1 kJ = kilojoule 0, 1 cal = caloria 0, 1 kcal = kilocaloria 3,
Transformando BU em kWh: 3.412,
= 21.099kWh
Custo: 21.099kWh x 0,30 = R$6.329,
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
Em um galpão industrial existem 500 lâmpadas de 100W cada, para iluminação geral. No fim do mês (30 dias) veio uma conta de R$2.056,00. Sabendo-se que 1kWh custa R$0,40 determine quanto tempo ficou ligada cada lâmpada por dia.
Resolvendo:
Consumo mensal: 0,
= 5.140kWh
η = E.total
E. util x 100%
= 0,833 x 100% = 83,3%
E. util = energia utilizada ou aproveitada E. total = energia produzida
Daí conclui-se que 16,7% é calor devido ao efeito joule.
O rendimento pode ser calculado também em relação a potência desenvolvida.
Assim:
η = P.total
P. util x 100%
P. útil = potência utilizada ou aproveitada P. total = potência produzida
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
Um ferro elétrico apresenta uma potência de 1.000W e rendimento de 90%. Determinar durante quanto tempo ele deve permanecer ligado, para que a energia térmica por ele produzida seja igual a energia térmica de uma lâmpada de 100W com rendimento de 60%, que permanece ligada durante 3 minutos.
Resolvendo:
A energia total da lâmpada:
E = P x t = 100W x 180s = 18.000 joules
Como a lâmpada tem um rendimento de 60%:
60% de 18.000 joules é 10.800 joules
Logo, a lâmpada está produzindo 7.200 joules de energia térmica, que é a energia que o ferro deverá produzir durante um certo tempo.
Como o ferro tem um rendimento de 90%, implica que a energia total produzida pelo ferro terá que ser maior do que 7.200 joules.
Deduz-se então que 10% da energia total não é aproveitada pelo ferro.
η = E.total
E. util 90 = Etotal
x 100 E total = 90
x 100 = 8.000J
Assim, a energia total do ferro é 8.000 joules
t = P
E
= 8 segundos
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
Deseja-se iluminar uma sala com uma potência luminosa de 50W. Utiliza-se para isso uma lâmpada cujo rendimento é de 70%.
Sabemos que a lâmpada permanece acesa 5 horas por dia e que um kWh custa R$0,40. Determinar o gasto diário.
Resolvendo:
Cálculo da potência luminosa: 50W = 0,05kW
E = P x t = 0,05kW x 5 horas = 0,25kWh
η = P.total
P. util x 100 P. total = 70
x 100 P total = 0,357kWh
Gasto diário: 0,357kWh x 0,40 = R$ 0,
