Este documento apresenta 4 etapas para avaliar processos em uma empresa e propor melhorias utilizando conceitos de física. A primeira etapa trata da substituição de lâmpadas incandescentes por LED. A segunda etapa analisa os dados de um gerador para determinar suas características. A terceira etapa calcula a potência necessária para um sistema de ar condicionado manter uma sala em 15°C. A quarta etapa calcula a vazão de água que pode ser aquecida usando o calor gerado por uma máquina térmica.

1. MAPA - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II- 522023
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, 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!

2. Professora Ariane Cezarotto Fiewski.
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:

3. Fonte: a professora.
Analisando 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