Física3ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma comunidade consome em média 50 kWh/dia. O local tem 5 horas-pleno-sol/dia. Cada painel solar tem potência…

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 comunidade consome em média 50 kWh/dia. O local tem 5 horas-pleno-sol/dia. Cada painel solar tem potência de pico Pp = 400 W e o sistema tem perdas (inversor, cabos, sujeira) combinadas de 25% (ou seja, rendimento sistema ?s = 0,75). O armazenamento será em banco de baterias nominal de 48 V, com rendimento de descarga do banco e controladores ?b = 0,90 e profundidade de descarga permitida DOD = 0,80. Avalie: (a) número mínimo de painéis de 400 W necessários; (b) capacidade de armazenamento necessária em Ah no banco de 48 V para autonomia de 1 dia; (c) comente sucintamente sobre viabilidade técnica considerando disponibilidade de sol e perdas.

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

Resposta esperada

Passo a passo modelo de resposta: 1) Energia diária demandada Ereq = 50 kWh = 50 000 Wh. 2) Energia gerada por painel por dia considerando horas-pleno-sol H = 5 h e rendimento do sistema ?s = 0,75: Ep = Pp·H·?s = 400 W·5 h·0,75 = 1500 Wh/painel·dia. 3) Número mínimo de painéis N = Ereq / Ep = 50 000 Wh / 1500 Wh ˜ 33,33 ? arredondar para 34 painéis de 400 W. 4) Energia que deve ser armazenada no banco para 1 dia considerando perdas do banco ?b = 0,90: Ebat_needed = Ereq / ?b = 50 000 Wh / 0,90 ˜ 55 556 Wh. 5) Levando em conta DOD = 0,80, capacidade útil = capacidade_nominal·DOD ? capacidade_nominal = Ebat_needed / DOD = 55 556 Wh / 0,80 ˜ 69 445 Wh. 6) Converter para Ah em 48 V: C(Ah) = capacidade_nominal (Wh) / V = 69 445 Wh / 48 V ˜ 1 446 Ah. Arredonde para especificação comercial, por exemplo 1500 Ah a 48 V. 7) Conclusão de viabilidade técnica: Com 34 painéis de 400 W e banco ˜ 1500 Ah a 48 V (capacidade nominal ˜ 72 kWh), o sistema cobre 50 kWh/dia considerando 5 h de sol e perdas; entretanto, é necessário avaliar variabilidade climática, espaço para instalação dos 34 painéis (área ~34·2 m² ˜ 68 m² assumindo 2 m² por painel), custos de investimento e manutenção. A solução é tecnicamente viável se o regime de sol for consistente; caso contrário recomenda-se dimensionar maior reserva (dias de autonomia adicionais) ou reduzir demanda por eficiência energética.

Explicação

A solução apresentada segue um raciocínio lógico que considera a energia demandada, a geração de energia pelos painéis e as perdas do sistema, resultando em um dimensionamento adequado dos componentes. Além disso, a análise da capacidade de armazenamento leva em conta a profundidade de descarga e o rendimento do banco de baterias, garantindo que a autonomia desejada seja atendida. Por fim, a viabilidade técnica é discutida com foco na disponibilidade de sol e espaço necessário, o que é fundamental para a implementação 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

energia solar, armazenamento, viabilidade

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia · potência elétrica

📚 Reveja

Revisar cálculos de energia e eficiência em sistemas solares.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a potência dos painéis com a energia consumida, não considerando as perdas do sistema e a profundidade de descarga das baterias.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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