Questão 10 Unicamp 2023 - 2ª fase - dia 1 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 10

Energia na Mecânica Razão e Proporção Poluição e interferências humanas

A energia eólica tem sido apontada como uma das principais alternativas para a geração de energia limpa. No Brasil, esta fonte de energia representa aproximadamente 10% da matriz energética do país. A potência $P$ gerada num parque eólico depende da velocidade do ar, $ν$ , e da área total de pás dos aerogeradores no parque, $A$ , de forma que ,

$P = \frac{1}{2} ρ A ν^{3}$

onde $ρ$ representa a densidade do ar.

a) Considere dois locais possíveis para a instalação de um parque eólico: o local A, onde a velocidade média do vento é de 7,5 m/s, comportando 10 aerogeradores com 3 pás de 60 m de comprimento cada; e o local B, onde a velocidade média do vento é de 6,0 m/s, comportando 10 aerogeradores com 3 pás, no mesmo formato dos aerogeradores do local A, porém com 75 m de comprimento cada. Com o objetivo de obter maior potência energética, qual dos dois locais você indicaria? Explique sua escolha.

b) A figura ao lado mostra a quantidade de estudos relativos aos impactos da geração de energia eólica e de combustíveis fósseis. Considerando que a quantidade de publicações científicas reflete o impacto dos problemas causados ao meio ambiente, aponte três desvantagens ambientais da geração de energia eólica, dispondo-as em ordem de relevância, sendo 1 a mais importante e 3 a menos importante. Explique como essas desvantagens impactam o meio ambiente.

Resolução

a) Para determinar o melhor local para a instalação do parque eólico, precisamos determinar qual condição fornecerá maior potência. Para isso compararemos a potência gerada nos dois locais e assumiremos que a densidade do ar nos dois locais é a mesma. Cabe observar que a área indicada na fórmula do enunciado é a área de varredura das pás, dada por:

$A = π R^{2}$ , onde R é o comprimento das pás.

Sendo assim:

$\frac{P_{A}}{P_{B}} = \frac{n_{A} \cdot \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot A_{A} \cdot ν_{A}^{3}}{n_{B} \cdot \frac{1}{2} \cdot ρ \cdot A_{B} \cdot ν_{B}^{3}} = \frac{10 \cdot π R_{A}^{2} \cdot ν_{A}^{3}}{10 \cdot π R_{B}^{2} \cdot ν_{B}^{3}} = \frac{R_{A}^{2} \cdot ν_{A}^{3}}{R_{B}^{2} \cdot ν_{B}^{3}} \Rightarrow$

$\frac{P_{A}}{P_{B}} = \frac{60^{2} \cdot 7, 5^{3}}{75^{2} \cdot 6, 0^{3}} = \frac{{(60 \cdot 7, 5)}^{2} \cdot 7, 5}{{(75 \cdot 6, 0)}^{2} \cdot 6, 0} = \frac{7, 5}{6, 0} = 1, 25 \Rightarrow$

$P_{A} = 1, 25 \cdot P_{B}$

Portanto, podemos concluir que a potência gerada no local A é 25% superior à potência gerada no local B, de modo que o local mais indicado para a instalação do parque eólico é o local A.

b) A análise do gráfico permite verificar que os problemas gerados pela energia eólica são:

A mortalidade de pássaros e morcegos é significativamente maior, quando comparada aos combustíveis fósseis, já que a quantidade de publicações científicas a respeito desse assunto é cerca de 82 no caso da energia eólica, enquanto no caso de combustíveis fósseis é cerca de 10. O impacto da energia eólica na mortalidade de pássaros e morcegos gerou 72 publicações científicas a mais, quando comparado ao impacto dos combustíveis fósseis.

A fragmentação e perda de habitat de pássaros e morcegos é levemente superior no caso da energia eólica, quando comparada aos combustíveis fósseis, sendo o número de publicações cerca de 32 no caso da energia eólica e cerca de 30 no de combustíveis fósseis. O impacto da energia eólica na fragmentação e perda de habitat de pássaros e morcegos gerou 2 publicações científicas a mais, quando comparado ao impacto dos combustíveis fósseis.

A poluição sonora afeta mais a Ungulados, humanos e outros mamíferos no caso da energia eólica, quando comparada aos combustíveis fósseis, sendo o número de publicações cerca de 9 no caso da energia eólica e 1 a 2 no de combustíveis fósseis. O impacto da energia eólica na poluição sonora afetando Ungulados, humanos e outros mamíferos gerou 7 a 8 publicações científicas a mais, quando comparado ao impacto dos combustíveis fósseis.

Para colocar os impactos em ordem, basta considerarmos as diferenças de quantidades de publicações científicas, assim as maiores desvantagens da energia eólica são:

a mortalidade de pássaros e morcegos, já que a diferença na quantidade de publicações científicas foi de 72;
a poluição sonora afetando Ungulados, humanos e outros mamíferos, já que a diferença na quantidade de publicações científicas foi de 7 a 8;
a fragmentação e perda de habitat de pássaros e morcegos, já que a diferença na quantidade de publicações científicas foi de 2.

Em relação à mortalidade de pássaros e morcegos, mesmo que algumas providências sejam tomadas para redução das mortes de aves locais, como o deslocamento artificial das estruturas de nidificação e formação de corredores florestais alternativos entre habitats fragmentados, milhares de pássaros e morcegos morrem por ano em consequência das colisões com as pás das turbinas. Para as espécies migratórias, como nem sempre é possível ter certeza do percurso migratório exato de algumas espécies, os impactos também são expressivos e comprometem o equilíbrio ambiental de extensas regiões, uma vez que as aves são predadoras de uma quantidade considerável de insetos, os quais também estabelecem relações com outros seres vivos do ecossistema.

O ruído dos parques eólicos também se destaca como ponto negativo nessa modalidade energética, o som dos aerogeradores são uma perturbação da paz e do sono da comunidade rural do entorno, questão que exige projetos de zoneamento inteligentes para mitigar os efeitos, porém, a poluição sonora também atinge outros seres vivos e refletem no comportamento da fauna silvestre, que podem abandonar algumas áreas, principalmente as de borda, à procura de um ambiente mais natural, intensificando o efeito da fragmentação. Além disso, um ambiente ruidoso é especialmente nocivo para os morcegos, mamíferos que se utilizam da ecolocalização para a própria orientação no ambiente e para o encontro de alimento e parceiros sexuais.

Por fim, a formação de extensos parques eólicos provoca fragmentação e perda de habitat, aumentando o risco da extinção local de determinadas espécies da fauna silvestre. Para as espécies que ainda persistem no ambiente, a fragmentação provoca aumento da endogamia (cruzamento entre indivíduos aparentados), redução do fluxo gênico e a consequente redução da diversidade genética das populações. Esses fenômenos ameaçam a capacidade da espécie continuar se adaptando ao ambiente e absorver os impactos, mesmo os naturais, que o fragmento venha a ter.