Questão 127 do ENEM 2021 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender como funciona a geração de energia em uma usina hidrelétrica a fio-d'água e qual tipo de energia está sendo predominantemente transformada.

O enunciado nos apresenta dois tipos de usinas:

1. Usinas de acumulação: dependem de grandes quedas-d'água e reservatórios. Elas operam convertendo a energia potencial gravitacional da água armazenada em grandes alturas.
2. Usinas a fio-d'água: não possuem grandes reservatórios e operam com o fluxo natural do rio. Elas aproveitam predominantemente a energia cinética da água em movimento.

A energia cinética ($E_c$) de uma massa de água ($m$) movendo-se a uma velocidade ($v$) é dada pela equação:

$E_c = \frac{m \cdot v^2}{2}$

A potência ($P$) gerada pela usina é a quantidade de energia convertida por unidade de tempo ($\Delta t$). Podemos reescrever a fórmula da potência em função da vazão mássica ($\frac{m}{\Delta t}$) e da velocidade da correnteza:

$P = \frac{1}{2} \cdot \left( \frac{m}{\Delta t} \right) \cdot v^2$

Para que a usina a fio-d'água seja eficiente e gere bastante energia elétrica, precisamos maximizar essa potência. Observando a equação, vemos que isso é possível de duas formas principais:

• Tendo uma maior vazão (maior quantidade de massa ou volume de água passando por unidade de tempo).
• Tendo uma maior velocidade da correnteza.

Agora, vamos analisar as alternativas disponíveis para a construção da usina a fio-d'água:

• Alternativa B: Fala em "deslocamento vertical do relevo maior". Essa é a característica procurada para usinas de acumulação, que dependem de grandes quedas-d'água (energia potencial gravitacional).
• Alternativas D e E: Sugerem um volume ou massa de água por unidade de tempo menor (ou seja, uma vazão menor). Como vimos na equação, diminuir a vazão reduz a potência gerada, o que é o oposto do que desejamos.
• Alternativa C: Sugere uma área de secção transversal menor. Embora um estreitamento do rio possa aumentar a velocidade localmente (pela equação da continuidade), a grandeza física que de fato carrega a energia e deve ser observada como potencial do rio é a própria velocidade.
• Alternativa A: Sugere uma velocidade de correnteza maior. Como a potência gerada é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade ($v^2$), rios com correntezas mais rápidas possuem muito mais energia cinética disponível para ser convertida em energia elétrica.

Logo, a principal grandeza física a ser buscada nesses rios é uma alta velocidade de correnteza.