Física2ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

(Dissertativa) Uma escola rural necessita de E_day = 50,0 kWh/d e pico P_peak = 8,0 kW. Compare tecnicamente…

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

(Dissertativa) Uma escola rural necessita de E_day = 50,0 kWh/d e pico P_peak = 8,0 kW. Compare tecnicamente duas soluções: A) sistema fotovoltaico com baterias; B) gerador diesel com bateria de suporte. Considere irradiância G = 5,0 kWh/m²·d, ?_pv = 0,18, ?_inv = 0,90, ?_bat (round-trip) = 0,85, ?_g = 0,30, LHV = 4,0×10^7 J/kg. Faça cálculos de dimensionamento, perdas e comente disponibilidade, impacto ambiental e custo/benefício.

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

Resposta esperada

Solução A (PV+bateria): energia útil diária requerida na DC antes perdas = E_day/(?_inv·?_bat)=50/(0,90·0,85)=˜65,36 kWh/d. Energia gerada por m²/d = G·?_pv =5,0·0,18=0,90 kWh/m²·d. Área necessária ˜65,36/0,90 ˜72,6 m². Capacidade de bateria para autonomia 24 h (energia entregue) = E_day/?_bat ˜50/0,85 ˜58,8 kWh (energia armazenada). Perdas: inversor ~10%, baterias ~15% ciclo. Emissões operacionais nulas; alto investimento inicial em painéis e baterias, baixo custo operacional; adequado se irradiância fiable e logística difícil. Solução B (diesel+suporte): energia térmica requerida = E_day/?_g =50/0,30 ˜166,67 kWh_th/d =166,67·3,6×10^6 J =6,0×10^8 J/d. Massa de diesel ˜6,0×10^8 /4,0×10^7 ˜15 kg/d. Perdas: calor não convertido e perdas mecânicas; ruído, emissões de CO2/NOx, necessidade de reabastecimento e manutenção. Custo/benefício e disponibilidade: diesel tem menor custo inicial e rápida implantação, mas custo operacional elevado e impacto ambiental; PV requer maior investimento inicial e espaço (~73 m²) mas menor custo de operação e menores emissões. Recomendação técnica: priorizar PV+bateria como solução principal quando há insolação média a alta e financiamento para CAPEX; manter gerador diesel como reserva para dias de baixa insolação ou picos além da capacidade do banco de baterias. Calcular custos monetários e analisar topografia/logística local para decisão final.

Explicação

A análise técnica considera a eficiência dos sistemas fotovoltaicos em comparação com geradores a diesel, levando em conta a energia necessária, as perdas e a capacidade de armazenamento. Além disso, a solução fotovoltaica apresenta benefícios em termos de impacto ambiental e custos operacionais a longo prazo, enquanto o gerador diesel, embora tenha um custo inicial menor, gera emissões e requer manutenção constante. A recomendação de priorizar o sistema fotovoltaico reflete a importância de soluções sustentáveis em áreas com boa insolação e a necessidade de um backup confiável.

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

sistemas de energia renovável

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

sistemas de energia renovável · cálculo de eficiência energética

📚 Reveja

Revisar conceitos de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos e geradores diesel.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir os conceitos de eficiência e perdas, não considerando corretamente as perdas no sistema fotovoltaico em comparação ao gerador diesel.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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