Atividade MAPA - Física Geral e Experimental II - Aplicações Industriais

ATIVIDADE MAPA Física Geral e Experimental II Acadêmico RA Disciplina Física Geral e Experimental I Curso INSTRUÇÕES DE ENTREGA LEIA TODO O ENUNCIADO COM ATENÇÃO ANTES DE COMEÇAR A FAZER A ATIVIDADE Como finalizar e entregar a atividade MAPA Ao final do seu trabalho é necessário que você tenha um arquivo em mãos Ele deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo DOCDOCX ou PDF e apenas esses formatos serão aceitos Obs O STUDEO ACEITA SOMENTE O ENVIO DE UM ANEXOARQUIVO Problemas frequentes a evitar Coloque um nome simples no seu arquivo Se o nome tiver caracteres estranhos principalmente pontos ou for muito grande é possível que a equipe de correção não consiga abrir o seu trabalho e ele seja zerado Se você usa OPEN OFFICE ou MAC transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades Verifique se você está enviando o arquivo correto É a atividade MAPA da disciplina de Física Geral e Experimental II É outra atividade de estudo Como enviar o seu arquivo Ao final do enunciado desta atividade aqui no Studeo há uma caixa de envio de arquivo Basta clicar e selecionar sua atividade ou arrastar o arquivo até ela Antes de clicar em FINALIZAR certifiquese de que está tudo certo pois uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir ATIVIDADE MAPA CONTEXTUALIZAÇÃO 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 propriedadesmecânicas eletrônicas e magnéticas dos materiais é possível produzir componentes com alta precisãoconstruir máquinas e equipamentos projetar sistemas seguros confiáveis e eficientes bem como contribuirpara o desenvolvimento de tecnologias que têm potencial de garantir avanços significativos em diversasáreas produtivasNesta atividade MAPA você encontrará situações cotidianas em uma empresa e algumas maneiras de comoos conceitos e fundamentos estudados em física são utilizados na resolução de problemas ou melhoria dosprocessos Assim é importante que você leia com atenção a atividade pesquise soluções resolva osexercícios com calma e contate os professores em caso de dúvidasDesejo a vocês um ótimo trabalho Professora Ariane Cezarotto Fiewski PROBLEMÁTICA Você foi contratadoa como trainee na empresa X e para avaliar o seu potencial como colaborador para apossibilidade de efetivação na empresa a gerência solicitou que você fizesse uma avaliação de algunsprocessos e setores buscando melhorias que possam beneficiar a empresa Para tanto é necessário quevocê 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 cadalâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W Por razões de economia a gerênciasolicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W 1a Considerando que a tensão da rede seja de 110 V determine quantas lâmpadas led serão necessáriaspara substituir as lâmpadas incandescentes Resposta 1b Sabendo que cada lâmpada nova custou R 2000 quantos dias serão necessários para que as novaslâmpadas se paguem com a economia de energia Suponha que o preço por kWh seja de R 050 e que alâmpada fique acesa 8 horas por dia Resposta ETAPA 2 A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos Diante disso você notou que na sala em queestá trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna nãoforam especificadas Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas depotencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguintecurva característica 052023 0959 Unicesumar Ensino a Distância aboutblank 44 Fonte a professoraAnalisando Analisando o gráfico obtido no experimento determine 2a A força eletromotriz do gerador Resposta 2b A resistência interna do gerador Resposta 2c A equação característica desse gerador Resposta 2d A corrente de curtocircuito Resposta ETAPA 3 Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões 10 m x 10 m x 3 mEssa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 CAtualmente o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 C Diante disso agerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calorPara tanto determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 C sabendo que osistema funciona continuamente Considere a densidade do ar 1225 kgm³ e calor específico do ar 1000JkgK Resposta ETAPA 4 A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energiaelétrica Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos a gerência da empresa resolveu aproveitaro calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20C para 60 C pormeio de um trocador de calor para utilizála nos processos produtivos Considerando que a máquinatérmica apresente uma eficiência de 40 qual é a vazão de água que pode ser aquecida Dados calorespecífico da água 4200 JkgC Resposta ATIVIDADE MAPA Física Geral e Experimental II Acadêmico RA Disciplina Física Geral e Experimental I Curso INSTRUÇÕES DE ENTREGA LEIA TODO O ENUNCIADO COM ATENÇÃO ANTES DE COMEÇAR A FAZER A ATIVIDADE Como finalizar e entregar a atividade MAPA Ao final do seu trabalho é necessário que você tenha um arquivo em mãos Ele deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo DOCDOCX ou PDF e apenas esses formatos serão aceitos Obs O STUDEO ACEITA SOMENTE O ENVIO DE UM ANEXOARQUIVO Problemas frequentes a evitar Coloque um nome simples no seu arquivo Se o nome tiver caracteres estranhos principalmente pontos ou for muito grande é possível que a equipe de correção não consiga abrir o seu trabalho e ele seja zerado Se você usa OPEN OFFICE ou MAC transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades Verifique se você está enviando o arquivo correto É a atividade MAPA da disciplina de Física Geral e Experimental II É outra atividade de estudo Como enviar o seu arquivo Ao final do enunciado desta atividade aqui no Studeo há uma caixa de envio de arquivo Basta clicar e selecionar sua atividade ou arrastar o arquivo até ela Antes de clicar em FINALIZAR certifiquese de que está tudo certo pois uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir ATIVIDADE MAPA CONTEXTUALIZAÇÃO 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 propriedadesmecânicas eletrônicas e magnéticas dos materiais é possível produzir componentes com alta precisãoconstruir máquinas e equipamentos projetar sistemas seguros confiáveis e eficientes bem como contribuirpara o desenvolvimento de tecnologias que têm potencial de garantir avanços significativos em diversasáreas produtivasNesta atividade MAPA você encontrará situações cotidianas em uma empresa e algumas maneiras de comoos conceitos e fundamentos estudados em física são utilizados na resolução de problemas ou melhoria dosprocessos Assim é importante que você leia com atenção a atividade pesquise soluções resolva osexercícios com calma e contate os professores em caso de dúvidasDesejo a vocês um ótimo trabalho Professora Ariane Cezarotto Fiewski PROBLEMÁTICA Você foi contratadoa 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 1a Considerando que a tensão da rede seja de 110 V determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes Resposta Obteremos a corrente total demandada pelas lâmpadas da forma I T V Req Como as 3 lâmpadas apresentam a mesma resistência e estão associadas em paralelo a resistência equivalente da associação será o valor da resistência de uma das lâmpadas dividido por 3 Então para as incandescentes ReqRincand 3 10 3 3333Ω Para as LEDs ReqRincand x 20 x 3333Ω x 20 33336lâmpadas LED s 1b Sabendo que cada lâmpada nova custou R 2000 quantos dias serão necessários para que as novaslâmpadas se paguem com a economia de energia Suponha que o preço por kWh seja de R 050 e que alâmpada fique acesa 8 horas por dia Resposta Calculando o custo de consumo de cada uma delas para as incandescentes Cincand3R 05 kWh 8h60W 3R 05 1000 860R 072em umdia Para as LEDs CLEDs6R 05 kWh 8h10W 6R05 1000 810R 024emum dia Custo da compra das lâmpadas LEDs Ccompra6R 2000R 12000 A cada dia após a substituição das lâmpadas incandescentes pelas de LEDs temos uma economia de EconomiadiáriaCincandCLEDsR 072R 024R 048 Assim as lâmpadas se pagarão após R120 R 048dia250dias 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 052023 0959 Unicesumar Ensino a Distância about blank 44 Fonte a professora Analisando Analisando o gráfico obtido no experimento determine 2a A força eletromotriz do gerador Resposta A força eletromotriz pode ser encontrada quando não há corrente fluindo no circuito ou seja não há quedas de tensão em elementos intermediários Assim a força eletromotriz é de 12V 2b A resistência interna do gerador Resposta Como temos uma função linear podemos encontrar a resistência fazendo o quociente entre o ponto em que a função toca o eixo y e o ponto em que a função toca o eixo x Assim obtemos rε I 12 2 6 Ω 2c A equação característica desse gerador Resposta Como temos uma função linear decrescente podemos obter a equação como sendo yaxb Onde yU ar xI bε Logo teremos U rI ε U 6I12 2d A corrente de curtocircuito Resposta A corrente de curtocircuito é a corrente na qual a tensão se encontra em curto ou seja nula U0V Logo a corrente de curtocircuito é 2A 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 1225 kgm³ e calor específico do ar 1000JkgK Resposta Volumeda sala10m10m3m300m 3 Massadear da sala300 m 31225kg m 3 367 5kg Diferençade temperatura28 C15C13C Como a temperatura em Celsius varia igual à temperatura em Kelvin temos uma variação também de 13K Logo a energia necessária é de QmcT3675 kg1000 J kgK 13 K4777500J Como não foi fornecido o tempo de atuação da máquina consideraremos que o sistema funciona continuamente em um período de tempo de 1s Potência Q t 4777500J 1s 4777500W 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 20C para 60 C por meio de um trocador de calor para utilizála 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 JkgC Resposta Calculando a potência total fornecida à máquina Eficiência Trabalhoútil Trabalhofornecido η 04500kW PT PT1250kW 1250k J s Calculando a energia necessária para o aquecimento da água QmcTm4200 J kg C 60 C20 C 168000m Jkg Igualando os resultados 1250k J s168000m Jkg m 1250k 168000 kg s vazão Assim a vazão é de aproximadamente 744 kgs