Biologia2ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

Em um sistema fotovoltaico isolado, três cargas AC são alimentadas por inversor (eficiência ?_inv = 0,90) e…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Em um sistema fotovoltaico isolado, três cargas AC são alimentadas por inversor (eficiência ?_inv = 0,90) e baterias (eficiência round-trip ?_bat = 0,85): refrigerador com potência P_ref = 120 W e ciclo médio de funcionamento 40% do tempo; iluminação por 10 lâmpadas LED de 9 W cada usadas 5,0 h/dia; micro-ondas P_mw = 1000 W usado 0,50 h/dia. Calcule (a) a energia elétrica AC total diária E_AC (em kWh) consumida pelas cargas; (b) a energia DC diária necessária das baterias/painéis E_DC accountando perdas do inversor e baterias usando E_DC = E_AC/(?_inv·?_bat). Apresente cálculos, resultados numéricos e comente duas medidas físicas para reduzir a demanda DC.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Refrigerador: P_avg = P_ref·duty = 120 W·0,40 = 48 W; E_ref = 48 W·24 h = 1 152 Wh = 1,152 kWh. 2) Iluminação: P_led = 10·9 W = 90 W; E_led = 90 W·5,0 h = 450 Wh = 0,450 kWh. 3) Micro-ondas: E_mw = 1000 W·0,5 h = 500 Wh = 0,500 kWh. 4) Energia AC total diária: E_AC = 1,152 + 0,450 + 0,500 = 2,102 kWh. 5) Eficiência combinada: ?_tot = ?_inv·?_bat = 0,90·0,85 = 0,765. 6) Energia DC necessária: E_DC = E_AC / ?_tot = 2,102 kWh / 0,765 ˜ 2,75 kWh/dia. Medidas físicas para reduzir demanda DC: (a) reduzir tempo de uso do micro-ondas ou substituí-lo por aquecimento por resistência eficiente quando possível; (b) diminuir ciclo médio do refrigerador (melhor isolamento ou ajuste do termostato) ou usar controle por compressor mais eficiente; adicionalmente, usar iluminação DC ou inversor de maior eficiência reduz perdas.

Explicação

Os cálculos realizados consideram a potência média e o tempo de uso de cada carga, permitindo determinar a energia total consumida. A eficiência do sistema é levada em conta para calcular a energia DC necessária, refletindo as perdas do inversor e das baterias. As medidas sugeridas visam otimizar o consumo, reduzindo a demanda de energia e melhorando a eficiência do sistema fotovoltaico.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

sistema fotovoltaico isolado

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · eficiência de sistemas

📚 Reveja

Revisar cálculos de eficiência e consumo de energia em sistemas elétricos.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a potência média com a potência total, não considerando o tempo de uso das cargas corretamente.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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