Física3ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma clínica remota necessita de carga contínua P_cont = 500 W (equipamentos vitais) e um consumo adicional…

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 clínica remota necessita de carga contínua P_cont = 500 W (equipamentos vitais) e um consumo adicional intermitente P_int = 1,5 kW por t_int = 1 h/dia. Considere g = 10 m/s² e 1 kWh = 3,6×10^6 J. Compare, do ponto de vista físico e energético, duas soluções: (A) turbina eólica com potência média disponível P_med = 0,60 kW, banco de baterias com eficiência round-trip ?_b = 0,85 e inversor ?_inv = 0,95; (B) grupo gerador diesel com eficiência elétrica ?_gen = 0,30 e poder calorífico do diesel E_d = 36 MJ/L. Use equações E = P·t (kWh), balanceamento energético e cálculo de combustível para justificar sua avaliação e proponha ajustes dimensionais caso necessário.

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

Resposta esperada

Cálculo da demanda diária: E_cont = P_cont·24h = 0,50 kW·24 h = 12,0 kWh; E_int = P_int·t_int = 1,5 kW·1 h = 1,5 kWh; E_req = 13,5 kWh/dia (48,6 MJ/dia, pois 13,5·3,6 MJ). Opção A — eólica: energia média disponível E_disp = P_med·24 h = 0,60 kW·24 h = 14,4 kWh/dia. Energia útil após perdas E_útil = E_disp·?_b·?_inv = 14,4·0,85·0,95 ˜ 11,6 kWh/dia. Resultado: déficit ?E = E_req - E_útil ˜ 1,9 kWh/dia. Para suprir sem diesel, potência média necessária P_med_req = E_req/(24·?_b·?_inv) = 13,5/(24·0,85·0,95) ˜ 0,70 kW; ou aumentar armazenamento/instalar fonte complementar (ex.: painéis solares ou turbina maior). Opção B — diesel: energia elétrica requerida E_req = 13,5 kWh = 48,6 MJ; energia térmica do combustível necessária E_comb = E_req/?_gen = 48,6/0,30 ˜ 162 MJ/dia. Volume de diesel V = E_comb / E_d = 162/36 ˜ 4,5 L/dia. Consequências físicas e práticas: o gerador entrega energia sob demanda e dispensa grande banco de baterias, mas consome ˜4,5 L/dia de combustível e converte energia com baixa eficiência (maior perda térmica); emissões e logística de abastecimento são desvantagens. Avaliação comparativa: A solução eólica reduz consumo de combustível e emissões se P_med local for =0,70 kW ou se houver fonte complementar; exige maior investimento inicial em infraestrutura e baterias. O diesel garante disponibilidade imediata e menor necessidade de armazenamento, mas com maior consumo energético primário e impacto ambiental. Recomenda-se dimensionar P_med com margem (˜15%) ou combinar eólica + pequeno gerador para redundância.

Explicação

A análise das duas opções revela que a solução eólica, apesar de apresentar um déficit energético, tem o potencial de reduzir o consumo de combustível e as emissões, dependendo do dimensionamento adequado da potência média. Em contrapartida, o grupo gerador diesel oferece energia sob demanda, mas com baixa eficiência e alto consumo de combustível, resultando em impactos ambientais significativos. A recomendação de um dimensionamento com margem ou a combinação de fontes energéticas visa garantir a confiabilidade e a sustentabilidade do sistema.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

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

potência e eficiência

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

potência e eficiência · cálculo de energia

📚 Reveja

Revisar conceitos de potência, eficiência e balanceamento energético.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência dos sistemas, aplicando incorretamente as fórmulas de energia e potência, levando a uma avaliação errada das soluções.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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