(Dissertativa) Uma comunidade consome 30 kWh/dia. Projete um arranjo híbrido em que painéis fotovoltaicos…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar questões socioambientais, políticas e econômicas relativas à dependência do mundo atual em relação aos recursos não renováveis e discutir a necessidade de introdução de alternativas e novas tecnologias energéticas e de materiais, comparando diferentes tipos de motores e processos de produção de novos materiais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
(Dissertativa) Uma comunidade consome 30 kWh/dia. Projete um arranjo híbrido em que painéis fotovoltaicos supram 80% da demanda e um gerador a diesel supri o restante. Dados: irradiância média efetiva I = 550 W/m² durante 5,0 h/dia, eficiência dos painéis ? = 17%; gerador térmico com rendimento elétrico ?_gen = 35%; poder calorífico do diesel PCI = 43,0 MJ/kg. Calcule (a) área de painéis necessária (m²) e (b) massa de diesel consumida por dia (kg). Explique brevemente vantagens e limitações do arranjo.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Dados: consumo total E_tot = 30 kWh/dia = 30 000 Wh/dia. PV deve suprir 80% ? E_PV = 0,80·30 kWh = 24 kWh/dia = 24 000 Wh/dia. Energia gerada por 1 m² de painel por dia: E_1m2 = I·?·t = 550 W/m²·0,17·5,0 h = 550·0,17·5 = 467,5 Wh/m²·dia ˜ 0,4675 kWh/m²·dia. (a) Área necessária A = E_PV / E_1m2 = 24 000 Wh / 467,5 Wh·m?² ˜ 51,34 m². Arredondando, A ˜ 51,3 m². (b) Energia elétrica restante a ser fornecida pelo gerador: E_gen_el = 0,20·30 kWh = 6 kWh/dia = 6 000 Wh = 21,6 MJ (1 Wh = 3600 J ? 6000·3600 = 21,6×10^6 J = 21,6 MJ). Como o gerador tem rendimento ?_gen = 0,35, a energia térmica necessária do combustível E_comb = E_gen_el / ?_gen = 21,6 MJ / 0,35 ˜ 61,714 MJ. Massa de diesel m = E_comb / PCI = 61,714 MJ / 43,0 MJ·kg?¹ ˜ 1,435 kg/dia (˜1,44 kg/dia). Vantagens: redução do consumo de combustível fóssil e emissão de CO2, menor custo operacional; escalabilidade com armazenamento e gerenciamento de carga. Limitações: intermitência da geração solar (necessidade de baterias ou controle), ocupação de área (~51 m²), variabilidade climática e investimento inicial em painéis e inversores.
Explicação
A solução apresentada realiza os cálculos necessários para determinar a área de painéis solares e a massa de diesel, utilizando os dados fornecidos de forma precisa e lógica. A análise das vantagens e limitações do arranjo híbrido destaca aspectos importantes da geração de energia, como a redução de emissões e a intermitência da fonte solar. Essa abordagem permite uma compreensão clara da viabilidade e dos desafios do sistema proposto.
Raio-X da questão
energia renovável e diesel
avaliacao
cálculo de energia elétrica · eficiência de sistemas energéticos
Revisar cálculos de eficiência e consumo energético.
O aluno pode confundir a eficiência dos painéis com a do gerador, aplicando incorretamente os valores na fórmula de cálculo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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