ENEM 2023 PPL — questão 92 de Física

Gabarito BEnergia — rendimento e equivalência entre combustível e bateria2º dia · Reaplicação/PPL · Caderno 5 (Amarelo)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 92 de Física do ENEM 2023 PPL

Enunciado em texto

As baterias de lítio para carros elétricos são capazes de armazenar cerca de 700 Wh de energia em um volume de 1 L, enquanto a combustão de 1 L de etanol hidratado em um motor a combustão disponibiliza 6 300 Wh de energia. Os motores a combustão têm uma eficiência baixa, com apenas 30% da energia do combustível sendo transformada em movimento. Já os motores elétricos apresentam eficiência três vezes maior. Para estudar a viabilidade de se utilizar a mesma plataforma de um carro movido a álcool, com tanque de 40 L de combustível, para a produção de modelos elétricos, uma equipe de engenharia precisa estimar o volume da bateria de lítio que corresponda, no carro elétrico, à mesma quantidade energética desse carro a álcool.

VASCONCELOS, Y. Mais energia. Pesquisa Fapesp, n. 261, nov. 2017 (adaptado).

O volume aproximado, em litro, da bateria de lítio a ser utilizada é

A 36.

B 120.

C 360.

D 400.

E 1 080.

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.

Resolução comentada

O que a questão pede: o volume de bateria de lítio que entrega ao carro elétrico o mesmo que o tanque de 40 L40\ \text{L} de etanol entrega ao carro a combustão.

A armadilha: comparar a energia guardada nos dois. Não serve. O que move o carro é a energia que chega às rodas, e cada motor aproveita uma fração diferente.

Passo 1 — energia guardada no tanque.

Etanque=40 L×6 300 WhL=252 000 WhE_{tanque} = 40\ \text{L}\times 6\,300\ \dfrac{\text{Wh}}{\text{L}} = 252\,000\ \text{Wh}

Passo 2 — quanto disso vira movimento. O motor a combustão aproveita 30%30\%:

Eutil=0,30×252 000=75 600 WhE_{util} = 0{,}30\times 252\,000 = 75\,600\ \text{Wh}

Passo 3 — quanta energia elétrica é preciso para o mesmo movimento. O motor elétrico tem eficiência três vezes maior, ou seja, 90%90\%:

Ebateria=75 6000,90=84 000 WhE_{bateria} = \dfrac{75\,600}{0{,}90} = 84\,000\ \text{Wh}

Passo 4 — converta em volume. A bateria guarda 700 Wh700\ \text{Wh} por litro:

V=84 000700=120 LV = \dfrac{84\,000}{700} = 120\ \text{L}

Por que o número assusta: 120 L120\ \text{L} de bateria contra 40 L40\ \text{L} de tanque — três vezes o espaço. É exatamente por isso que carro elétrico guarda a bateria no assoalho, espalhada por baixo de todo o carro.

Os erros que a prova plantou: ignorar os rendimentos dá 360 L360\ \text{L} (alternativa C); usar só o rendimento do motor a combustão dá 108108 ou 1 0801\,080 (E).

Resposta: alternativa B (120 L).

Resolução em vídeo

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