Questão 92 do ENEM 2023 — Física
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
Resolução comentada
A questão pede o volume de bateria de lítio que entregue, em movimento, a mesma energia útil que 40 L de etanol entregam num motor a combustão. O ponto-chave é considerar a eficiência de cada motor, e não só a energia armazenada.
O motor a combustão aproveita 30% da energia do combustível. O motor elétrico tem eficiência três vezes maior, ou seja, 3 · 30% = 90%. Repare que comparar apenas 6 300 Wh com 700 Wh ignoraria essa diferença, que é a pegadinha central.
Energia total do etanol: 40 L · 6 300 Wh/L = 252 000 Wh
Energia útil (movimento) no carro a álcool: 0,30 · 252 000 = 75 600 Wh
Energia que a bateria precisa fornecer para gerar os mesmos 75 600 Wh com eficiência de 90%: 75 600 / 0,90 = 84 000 Wh
Volume de bateria: 84 000 Wh / 700 Wh/L = 120 L
A resposta é 120 L. Quem divide 252 000 por 700 sem considerar rendimentos chega a 360 L. Quem usa só a energia útil (75 600) dividida por 700 obtém 108 L, ignorando o rendimento do motor elétrico (e o valor de 1 080 L vem de multiplicar em vez de dividir pela eficiência). O valor de 36 L resulta de erro de potência de dez.