Física2ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Projeto: uma comunidade demanda potência P = 25 kW por t = 6 h/dia (energia diária E = 150 kWh). Apresente e…

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

Projeto: uma comunidade demanda potência P = 25 kW por t = 6 h/dia (energia diária E = 150 kWh). Apresente e compare quantitativamente duas soluções físicas para suprir essa demanda: (A) gerador diesel com rendimento elétrico ?_gen = 0,35 e densidade energética do diesel ?_e = 36 MJ/L; (B) sistema fotovoltaico com insolação média I_s = 5,0 kWh/m²·dia, eficiência dos painéis ?_panel = 15% e bateria com rendimento de ciclo ?_batt = 0,85. Calcule consumo de combustível (L/dia) em A, área de painéis e energia requerida dos painéis em B, e discuta vantagens/desvantagens físicas (perdas, disponibilidade, armazenamento).

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

Resposta esperada

Cálculo pré-requisito: energia diária E = P·t = 25 kW·6 h = 150 kWh = 540 MJ. Opção A — gerador diesel: Energia elétrica requerida = 150 kWh = 540 MJ. Com rendimento ?_gen = 0,35, energia térmica do combustível necessária E_comb = 540 MJ / 0,35 ˜ 1542,86 MJ. Com ?_e = 36 MJ/L, volume de diesel ˜ 1542,86 / 36 ˜ 42,9 L/dia. Perdas e observações: perdas térmicas grandes (˜65% do combustível), emissões de CO2 e necessidade de logística de abastecimento; sistema fornece energia independente de insolação. Opção B — fotovoltaico + bateria: Painéis: energia solar por m² ˜ I_s·?_panel = 5,0 kWh/m²·dia · 0,15 = 0,75 kWh/m²·dia. Para gerar 150 kWh/dia sem considerar baterias, área ˜ 150 / 0,75 = 200 m². Considerando armazenamento e perdas de bateria, produzir energia útil diária requerida aumenta para E_painel = E / ?_batt = 150 / 0,85 ˜ 176,47 kWh/dia; área ˜ 176,47 / 0,75 ˜ 235,3 m² (˜240 m² considerando sombreamento e perdas extra). Perdas e observações: perdas nas baterias e inversores, dependência da insolação, necessidade de área e investimento inicial; operação quase sem emissões locais. Comparação física e critérios de escolha: - Eficiência energética: PV com baterias evita queima direta de combustível, mas requer área e materiais; diesel tem alta densidade de energia e baixo espaço por kW, porém baixa eficiência global. - Perdas: diesel apresenta grandes perdas térmicas; PV apresenta perdas eletrônicas e armazenamento (?_batt). - Disponibilidade e continuidade: diesel garante fornecimento contínuo se houver combustível; PV depende de sol e do dimensionamento de bateria para suprir períodos sem insolação. - Outros fatores físicos: temperatura e sombra afetam rendimento dos painéis; manutenção e degradação das baterias reduzem eficiência ao longo do tempo. Conclusão (exemplo de decisão): se logística de combustível é difícil e houver área disponível, solução PV+bateria (˜240 m² de painéis e bateria para 150 kWh útil) é mais sustentável; se espaço é limitado e fornecimento constante é crítico, gerador diesel (~43 L/dia) pode ser solução imediata, apesar de maiores perdas e emissões. Apresente números e comparações conforme critérios locais (custo, emissão, disponibilidade de recursos).

Explicação

A análise quantitativa das duas opções permite entender suas eficiências, perdas e impactos ambientais. O gerador diesel, apesar de ter alta densidade energética, apresenta grandes perdas térmicas e emissões, enquanto o sistema fotovoltaico, embora dependa da insolação, oferece uma solução mais sustentável com menor impacto ambiental. A comparação ajuda a escolher a solução mais adequada com base em fatores como logística, espaço disponível e continuidade de fornecimento.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

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 energia

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

potência e energia · rendimento de sistemas

📚 Reveja

Revisar conceitos de potência, eficiência e energia em sistemas fotovoltaicos e geradores.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência do gerador com a energia total gerada, não considerando as perdas no sistema.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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