(Dissertativa) Uma escola necessita E_day = 36,0 kWh/dia e P_peak = 9,0 kW. Recursos locais: rio com vazão Q =…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
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 necessita E_day = 36,0 kWh/dia e P_peak = 9,0 kW. Recursos locais: rio com vazão Q = 0,10 m³/s e queda útil h = 4,0 m; disponibilidade solar: G = 800 W/m² por t = 5,0 h/dia; painéis ?_panel = 17%; sistema elétrico (inversor·bateria) ?_sys = 0,95·0,85. Compare tecnicamente duas soluções: A) micro-hidrelétrica com rendimento 70% e B) arranjo fotovoltaico com armazenamento. Considere ? = 1000 kg/m³ e g = 10 m/s². Apresente cálculos e conclusão técnica.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Micro-hidro: P_out = ?·g·Q·h·? = 1000·10·0,10·4·0,70 = 2800 W ? E_day = 2,8 kW·24 h = 67,2 kWh/d (energia suficiente), porém P_out = 2,8 kW < P_peak 9,0 kW (não atende pico sem aumento de turbina ou bateria). PV: energia gerada por m² = G·?_panel·t = 800·0,17·5 = 0,68 kWh/m²·d. Eficiência do sistema ?_sys = 0,95·0,85 = 0,8075 ? geração exigida = 36/0,8075 = 44,57 kWh/d. Área ˜ 44,57/0,68 ˜ 65,6 m². Potência instantânea por m² = 800·0,17 = 136 W/m² ? área para pico 9 kW ˜ 9000/136 ˜ 66,2 m². Conclusão: o arranjo fotovoltaico com armazenamento dimensionado ˜66 m² atende simultaneamente demanda diária e pico; a micro-hidro, nas dimensões dadas, fornece energia diária sobrante mas não supre o pico sem aumento de potência ou sistema de armazenamento. Recomenda-se PV+armazenamento para cobrir pico sem turbina maior; micro-hidro pode ser complementar se houver disponibilidade contínua de vazão.
Explicação
A análise das duas soluções mostra que a micro-hidrelétrica, apesar de gerar energia suficiente ao longo do dia, não consegue atender a demanda de pico, necessitando de um sistema adicional para isso. Por outro lado, o arranjo fotovoltaico com armazenamento é capaz de suprir tanto a demanda diária quanto a demanda de pico com o dimensionamento adequado. Assim, a combinação de energia solar com armazenamento é mais eficiente e prática para atender às necessidades da escola.
Raio-X da questão
micro-hidrelétrica e fotovoltaico
avaliacao
cálculo de energia elétrica · rendimento de sistemas
Revisar os princípios de funcionamento de micro-hidrelétricas e sistemas fotovoltaicos.
O aluno pode confundir os rendimentos dos sistemas, aplicando incorretamente as porcentagens de eficiência na hora de calcular a energia gerada.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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