Questão do ENEM 2023

Ciências da Natureza · habilidade 19Reaplicação · Caderno Amarelo · Questão 120

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

Alternativa A: 36.
Justificativa
Esta alternativa está errada. O resultado de 36 L fica muito abaixo do necessário: com 700 Wh por litro, a bateria deve armazenar 84 000 Wh, o que dá 120 L, e não 36 L.
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Alternativa B: 120. gabarito
Justificativa
Esta alternativa está correta. A energia do tanque é $40 \cdot 6\,300 = 252\,000$ Wh. Com 30% de eficiência, o carro a álcool usa em movimento $0{,}30 \cdot 252\,000 = 75\,600$ Wh. O motor elétrico tem eficiência três vezes maior, 90%, então a bateria deve armazenar $\frac{75\,600}{0{,}9} = 84\,000$ Wh. Com 700 Wh por litro, o volume é $\frac{84\,000}{700} = 120$ L.
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Alternativa C: 360.
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor de 360 L resulta de dividir a energia total do combustível, 252 000 Wh, por 700 Wh/L, ignorando as eficiências dos motores. Como o motor a combustão aproveita só 30% e o elétrico, 90%, a bateria necessária é bem menor.
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Alternativa D: 400.
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor de 400 L não resulta das etapas do cálculo: nem a energia útil do carro a álcool, 75 600 Wh, nem a energia da bateria, 84 000 Wh, divididas por 700 Wh/L levam a esse valor. A conta correta dá 120 L.
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Alternativa E: 1 080.
Justificativa
Esta alternativa está errada. O valor de 1 080 L é o triplo do obtido ao ignorar as eficiências, o que aplica a relação entre os motores no sentido oposto. Como o motor elétrico é três vezes mais eficiente, ele exige bateria menor, e não maior; o volume é de 120 L.
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Fonte e auditoria

Código INEP: 117828
Código da prova: 1266
Arquivo do PDF: ENEM_2023_P2_CAD_08_DIA_2_ROSA.pdf