O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada ate -198°C. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.
MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado).
No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela
A) expansão do nitrogênio durante a ebulição.
B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
Resolução em texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Física e Química (Mudança de Estado, Conservação de Energia, Termodinâmica).
📔 Nível da Questão: Médio (ENEM).
✅ Gabarito: C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
🎯 Tema/Objetivo Geral: Entender como o excedente de energia elétrica pode ser armazenado fisicamente, por meio da transformação de nitrogênio gasoso em líquido.
🔹 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1. Comando Essencial
📌 “No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela…”
1.2. O que está sendo pedido?
📌 Descobrir em qual etapa a energia elétrica excedente está sendo de fato armazenada, ou seja, em qual transformação a energia é absorvida e “guardada”.
1.3. Objetivo Cristalino
📌 Identificar o momento do processo em que a energia elétrica é usada para alterar o estado físico do nitrogênio, armazenando-a para uso posterior.
1.4. Dica Geral
📌 ⚠️ Sempre que a questão envolver liquefação ou compressão de gases, pense: está sendo feito trabalho sobre o gás.
🔹 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1. Liquefação de Gases
- Liquefazer significa transformar um gás em líquido → exige resfriamento intenso e/ou compressão.
- Isso requer energia (trabalho externo): precisamos retirar calor e comprimir o gás → fazemos trabalho sobre ele.
2.2. Armazenamento de Energia
- A energia elétrica excedente do sistema é usada para liquefazer o nitrogênio.
- Quando o nitrogênio entra em ebulição depois, ele libera a energia que estava “guardada”.
2.3. Dúvida Comum (ÚNICA)
📌 “Professor, não seria na ebulição que a energia é usada?”
Boa pergunta!
❌ Não! A ebulição é o momento em que a energia armazenada está sendo liberada, não armazenada.
✔ Pergunta de Atenção
Você percebeu que o armazenamento ocorre quando colocamos energia para liquefazer o gás — e não quando ele libera essa energia na forma de expansão?
🔹 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
3.1. Etapas descritas
- Etapa 1: Gás é resfriado a -198 °C → vira líquido.
✅ Aqui a energia excedente é usada. - Etapa 2: Nitrogênio líquido é aquecido e ebule, expandindo-se e girando turbinas.
✅ Aqui a energia é liberada e convertida em energia elétrica novamente.
🔹 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
4.1. Caminho Lógico
- Excedente de energia elétrica → usado para resfriar e liquefazer o nitrogênio.
✔ Armazenamento da energia. - Nitrogênio líquido → ao entrar em contato com o ambiente, evapora, expandindo.
✔ Liberação da energia.
4.2. Lógica Interpretativa
📌 O trabalho feito sobre o gás durante a liquefação é onde está o armazenamento de energia.
4.3. Ilustração Didática
📌 (Pense em uma mola: quando você a comprime, faz trabalho sobre ela → energia é armazenada. Quando solta, a energia é liberada. Aqui o gás é como essa mola.)
🔹 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
- A) expansão do nitrogênio durante a ebulição.
❌ Errado. Aqui a energia é liberada, não armazenada. - B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
❌ Errado. Isso acontece depois, quando o nitrogênio já está líquido. - C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
✅ Correto! É nesse momento que a energia elétrica é usada e, portanto, armazenada. - D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
❌ Errado. Isso é apenas uma preparação para o processo. - E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
❌ Errado. Liberação de calor é o oposto de armazenamento.
🔹 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1. Resumo do Raciocínio
📌 A energia elétrica excedente é armazenada ao ser usada para liquefazer o nitrogênio — isso exige trabalho sobre o gás, o que representa a entrada de energia no sistema.
6.2. Reafirmação da Alternativa Correta
✅ A alternativa correta é C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
6.3. 🔍 Resumo Final para Revisão
A energia elétrica é armazenada durante a liquefação do nitrogênio, quando se realiza trabalho sobre ele. Essa energia é recuperada na forma de energia mecânica e elétrica quando o nitrogênio evapora e se expande.
Se quiser, posso montar um mini-diagrama comparando armazenamento por compressão líquida com outras formas de energia potencial como baterias ou reservatórios hidráulicos! Quer que eu crie também? 🔋💨
