Desafio 06

Calcule qual a velocidade máxima que seu carrinho conseguiria subir a rampa da prova.

Dados:

A rampa escolhida foi a que fica perto do setor de equipamentos/tratores.

A inclinação da rampa é de 9,2º e seu comprimento em torno de 32m.


Perguntas para facilitar a resolução do problema:

1) Qual a energia necessária para subir a rampa? (Lembre-se que a energia potencial que você precisa adquirir é igual a massa total do veículo mais o motorista, multiplicado pela aceleração da gravidade e altura (mgh). Ah... quando você chegar no fim da rampa... você tem somente energia potência acumulada ou também energia cinética?)

2) Quanto tempo você levaria para transferir a energia fornecida na gasolina para a roda e assim conseguir subir a rampa? 

Sugestão: Faça um diagrama mostrando com que taxa (quantos Joules por segundo podem fluir pelo sistema - lembre-se que a energia que pode fluir por segundo está limitada a potência do motor... se o motor entrega 2hp (1hp = 746W), ou seja, 2hp = 1491W, temos que no eixo de saída do motor ele consegue passar para a transmissão somente 1491J por segundo... seu motor tem quantos HP na potência máxima?

3) Quanta energia foi consumida da gasolina para subir a primeira e segunda rampa? Isto corresponde a quantos mL de gasolina?


Exercícios extras para quem realmente quer abrir a mente:

Finalmente para entender mais profundamente o problema, varie um pouco a altura da rampa, massa do veículo e eficiência dos sistemas de transmissão. Se você diminuir ou aumentar a massa do veículo ou eficiência de cada transmissão em mais ou menos 10%, qual destes fatores é mais importante? 

Obs.: Utilize a planilha de cálculo no fim desta sessão.

Para sabermos como aperfeiçoar o uso da energia, devemos primeiramente saber o que é energia.

Em física, energia é o potencial de trabalho armazenado em um sistema ou a capacidade de um sistema em realizar trabalho. Para realizar trabalho, você precisa de energia, a energia é como se fosse a ficha que liga a máquina. Existem várias formas de energia, por exemplo:

• Energia potencial: m x g x ∆H;
• Energia cinética: ½ x m x v2 ;
• Energia elétrica: V x I x t;
• Energia térmica (aquescimento de placas solares), energia química (armazenada em combustíveis), energia radiante (energia fotovoltaica), etc...

Ou simplesmente potência x tempo: E=Pxt

Portanto, para verificar quanta energia é utilizada para a realização de um trabalho é necessário verificar quanta potência é consumida durante o tempo de execução do trabalho.

Entretanto, boa parte do trabalho realizado é feito por máquinas que apresentam perdas internas durante o seu funcionamento, fazendo com que uma parcela da potência fornecida na entrada da máquina não seja convertida em trabalho na saída da máquina, mas seja consumida pela própria máquina (no nosso caso, o veículo elétrico).

A relação entre a potência fornecida na entrada de uma máquina e a potência de saída da máquina convertida em trabalho é conhecida como rendimento desta máquina. (Figura 1 abaixo).


Quanto maior for o rendimento de uma máquina, maior será a utilização por parte desta máquina da potência na sua entrada para a execução de um trabalho na sua saída.

O rendimento de uma máquina completa é obtido pelo produto dos rendimentos de todos os estágios que compõem o sistema: fiação, inversor, motore, redutores, transmissões externas (sistemas de polia/ correia, fusos, etc.), ou seja, todas as partes envolvidas no processo de acionamento. Observe a figura 2 abaixo.


Os esforços no sentido de aumentar o rendimento do motor elétrico em 1% ou 2% são inúteis quando em um sistema mal projetado, por exemplo, temos:

• Um motor de alto rendimento superdimensionado (devido à curva característica de rendimento do motor);
• Utilização de transmissões externas de baixo rendimento como fusos, polia/correia, entre outros;
• Acionamento de bombas/ventiladores em sistemas com variação de vazão por obstrução do fluxo (válvulas e palhetas ajustáveis).

Em muitos casos esses sistemas podem representar perdas de eficiência maiores que 50 %.

Como em nosso caso não podemos alterar muito o motor, temos que investigar as perdas nos componentes que temos controle e acesso, como transmissão, eixos e rodas.
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