MAPA – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II – 52/2023

A física desempenha um papel fundamental em diversas áreas industriais, desde a fabricação de produtos até o desenvolvimento de tecnologias avançadas. Por meio dos fundamentos da física, propriedades mecânicas, eletrônicas e magnéticas dos materiais, é possível produzir componentes com alta precisão, construir máquinas e equipamentos, projetar sistemas seguros, confiáveis e eficientes, bem como contribuir para o desenvolvimento de tecnologias que têm potencial de garantir avanços significativos em diversas áreas produtivas.

Nesta atividade MAPA, você encontrará situações cotidianas em uma empresa e algumas maneiras de como os conceitos e fundamentos estudados em física são utilizados na resolução de problemas ou melhoria dos processos. Assim, é importante que você leia com atenção a atividade, pesquise soluções, resolva os exercícios com calma e contate os professores em caso de dúvidas.
Desejo a vocês um ótimo trabalho!
PROBLEMÁTICA

Você foi contratado(a) como trainee na empresa X e para avaliar o seu potencial como colaborador para a possibilidade de efetivação na empresa, a gerência solicitou que você fizesse uma avaliação de alguns processos e setores, buscando melhorias que possam beneficiar a empresa. Para tanto, é necessário que você cumpra as quatro etapas que estão descritas a seguir:
ETAPA 1

A sala dos engenheiros é iluminada por um circuito com três lâmpadas incandescentes em paralelo, cada lâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W. Por razões de economia, a gerência solicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W.

1.a. Considerando que a tensão da rede seja de 110 V, determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes.

1.b. Sabendo que cada lâmpada nova custou R$ 20,00, quantos dias serão necessários para que as novas lâmpadas se paguem com a economia de energia? Suponha que o preço por kWh seja de R$ 0,50 e que a lâmpada fique acesa 8 horas por dia.
ETAPA 2

A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos. Diante disso, você notou que na sala em que está trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna não foram especificadas. Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas de potencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguinte curva característica:

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Fonte: a professora.

Analisando o gráfico obtido no experimento, determine:

2.a. A força eletromotriz do gerador.

2.b. A resistência interna do gerador.

2.c. A equação característica desse gerador.

2.d. A corrente de curto-circuito.
ETAPA 3

Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões: 10 m x 10 m x 3 m. Essa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 °C. Atualmente, o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 °C. Diante disso, a gerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calor.
Para tanto, determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 °C, sabendo que o sistema funciona continuamente. Considere a densidade do ar 1,225 kg/m³ e calor específico do ar 1000 J/kg.K.
 

ETAPA 4

A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energia elétrica. Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos, a gerência da empresa resolveu aproveitar o calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20°C para 60 °C, por meio de um trocador de calor, para utilizá-la nos processos produtivos. Considerando que a máquina térmica apresente uma eficiência de 40%, qual é a vazão de água que pode ser aquecida? Dados: calor específico da água 4200 J/kg.°C