FísicaENEMBNCC EM13CNT107Difícil⏱ longo

Uma clínica remota tem carga média contínua P_avg = 3,0 kW (E_diária = P_avg·24 h). Deseja-se autonomia de 2…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT107

Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Uma clínica remota tem carga média contínua P_avg = 3,0 kW (E_diária = P_avg·24 h). Deseja-se autonomia de 2 dias com banco de baterias em 48 V. Considere profundidade de descarga DOD = 0,50, eficiência do banco ?_batt = 0,90 e eficiência do inversor ?_inv = 0,92. Usando E_load = P_avg·24 h; E_req = E_load·dias; E_b_nom = E_req/(DOD·?_batt·?_inv), calcule a capacidade nominal necessária do banco E_b_nom (kWh) e a capacidade em Ah a 48 V; estime o custo do banco a R$ 400/kWh; discuta vantagens e desvantagens do banco frente a um gerador diesel considerando disponibilidade de recursos, eficiência e impactos ambientais.

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

Resposta esperada

Cálculos: E_load = 3,0 kW·24 h = 72 kWh/dia. E_req (2 dias) = 144 kWh. E_b_nom = 144 / (0,50·0,90·0,92) = 144 / 0,414 ˜ 347,8 kWh. Ah@48V = 347 800 Wh / 48 V ˜ 7 246 Ah. Custo ˜ 347,8·R$400 ˜ R$139 120. Discussão: banco de baterias exige alto investimento inicial e gestão térmica, mas fornece energia limpa local, resposta imediata e menos logística de combustíveis — vantajoso se houver fontes renováveis para recarga. Gerador diesel tem menor custo inicial e reabastecimento contínuo fácil em áreas com bom acesso a combustível, mas gera emissões, ruído, exige manutenção e tem eficiência menor em cargas parciais; em área remota sem suprimento confiável de diesel, banco + renováveis é preferível. Avaliar segurança, custos de reposição, ciclos de vida e impacto ambiental para decisão final.

Explicação

Os cálculos demonstram a necessidade de uma capacidade nominal específica para o banco de baterias, considerando as eficiências e a profundidade de descarga, resultando em um valor que justifica o investimento em relação à autonomia desejada. A discussão aborda as vantagens e desvantagens de cada sistema, enfatizando a importância de considerar fatores como custo, eficiência, impacto ambiental e disponibilidade de recursos na escolha entre baterias e geradores. Essa análise permite uma decisão informada sobre a melhor solução energética para a clínica remota.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Analisar

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

banco de baterias

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · eficiência de sistemas

📚 Reveja

Revisar cálculos de capacidade de baterias e eficiência de sistemas de energia.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a profundidade de descarga com a capacidade total da bateria, resultando em um cálculo incorreto da capacidade necessária.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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