Física3ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma vila consome em média 300 kW. Avalie, com cálculos e justificativa, se é preferível uma microturbina…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT106

Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Uma vila consome em média 300 kW. Avalie, com cálculos e justificativa, se é preferível uma microturbina hidráulica com Q = 5,0 m³/s, H = 10 m e eficiência ? = 0,80, ou um campo fotovoltaico com irradiância média 200 W/m² e módulos com eficiência 15%. Considere disponibilidade de recurso, eficiência, custo-benefício e impactos ambientais.

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

Resposta esperada

Cálculos: potência hidráulica disponível P_h = ? g Q H ? = 1000 kg/m³·10 m/s²·5,0 m³/s·10 m·0,80 = 4,0·10^5 W = 400 kW, suficiente para 300 kW contínuos se o fluxo for confiável. Solar: potência útil por área = 200 W/m²·0,15 = 30 W/m²; área necessária para 300 kW = 300000 W / 30 W/m² = 10 000 m² (1,0 ha). Comparação e recomendações: a solução hidráulica fornece energia contínua sem grande área, mas depende de vazão estável e provoca impacto no ecossistema e possíveis licenças; custo inicial e manutenção hidráulica podem ser altos. O solar tem menor impacto direto e é modular, porém requer armazenamento (baterias) para suprir demanda noturna e maior área. Relação custo/benefício: se a vazão for permanente e impactos ambientais mitigáveis, a microturbina tende a ser mais eficiente e apta a suprir carga base (400 kW > 300 kW). Se a vazão for sazonal ou houver restrições ambientais, optar por campo fotovoltaico com armazenamento e/ou combinação híbrida (solar + turbina menor) aumenta segurança energética. Considere também perdas de transmissão locais (pequenas se geração for próxima), custo por kWh e prazo de retorno no planejamento final.

Explicação

A análise considera a potência disponível de cada sistema e a área necessária para atender à demanda de energia, além dos impactos ambientais e da confiabilidade dos recursos. A microturbina hidráulica oferece uma solução mais eficiente em termos de potência contínua, enquanto o sistema fotovoltaico, embora tenha menor impacto ambiental, requer mais espaço e soluções de armazenamento. A escolha entre os dois depende da estabilidade da vazão hídrica e das condições ambientais, levando em conta também os custos envolvidos e a viabilidade a longo prazo.

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✍️ situacional🧩 desafio

🎯 Conceito central

geração de energia

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de potência · análise de eficiência energética

📚 Reveja

Revisar os princípios de geração de energia hidráulica e solar.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência dos sistemas, não considerando corretamente a relação entre potência gerada e consumo da vila.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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