Uma clínica remota demanda energia média E_d = 25,0 kWh/dia e potência de pico P_pico = 4,00 kW. Considere…

Questão

Uma clínica remota demanda energia média E_d = 25,0 kWh/dia e potência de pico P_pico = 4,00 kW. Considere duas soluções: (A) sistema fotovoltaico com insolação média t_sol = 4,50 h/dia e eficiência global do sistema ?_sys = 0,75 (inversor, perdas); (B) aerogerador com velocidade média de vento v = 6,00 m/s, raio do rotor r = 4,00 m e rendimento global do conjunto eólica ?_ew = 0,30. Considere ?_ar = 1,20 kg/m³, g = 10 m/s². Dimensione: potência PV pico necessária, energia média diária gerada pela turbina e capacidade de bateria para 2 dias de autonomia assumindo profundidade de descarga DoD = 0,80 e eficiência de armazenamento ?_bat = 0,90. Discuta fisicamente vantagens e limitações de cada solução.

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

Resposta esperada

Modelo de resposta (resumos e cálculos): 1) Fotovoltaico: usar E_d = P_PV·t_sol·?_sys ? P_PV = E_d/(t_sol·?_sys) = 25,0 kWh/(4,50 h·0,75) = 25/(3,375) ˜ 7,41 kW de pico instalado. Inversor: dimensionar = P_pico com margem (ex.: 4,00 kW ? inversor 5 kW). 2) Bateria (autonomia 2 dias): energia requerida = E_d·2 = 50,0 kWh. Considerar perdas de armazenamento: E_armazenada = energia requerida/?_bat =50,0/0,90 ˜ 55,56 kWh. Capacidade da bateria considerando DoD: C_bat = E_armazenada/DoD =55,56/0,80 ˜ 69,44 kWh (˜69,4 kWh). 3) Eólica média: área A = pr² = p·4² = 50,265 m². Potência disponível do vento P_w = 0,5·?_ar·A·v³ =0,5·1,20·50,265·6³ =0,6·50,265·216 ˜ 6 514 W. Potência elétrica média gerada P_eol = ?_ew·P_w =0,30·6 514 ˜ 1 954 W (˜1,95 kW). Energia média diária ˜ P_eol·24h ˜ 46,9 kWh/dia. 4) Interpretação e comparação: o PV exigirá ˜7,41 kW de painéis para gerar 25 kWh/dia nas condições dadas; a eólica com r=4 m fornece em média ˜1,95 kW (~46,9 kWh/dia) sob v_média=6 m/s, suficiente em média para 25 kWh/dia, mas depende da variabilidade do vento e da distribuição temporal. Ambos requerem bateria ˜69,4 kWh para 2 dias de autonomia (mesma demanda). Vantagens/limitações físicas: PV tem produção diária previsível e maior correlação com horários de pico diurno; ocupa área para painéis e depende de insolação. Eólica pode gerar à noite e em dias nublados, porém é mais variável, sensível a alturas/obstáculos e exige dimensionamento mecânico, manutenção e pontos com vento consistente. Recomendação: analisar histórico local (irradiância e vento), combinar tecnologias (híbrido) e incluir margem para perdas, fluxo de potência de pico e segurança operacional.

Explicação

A análise apresentada considera os parâmetros técnicos necessários para dimensionar tanto o sistema fotovoltaico quanto o aerogerador, levando em conta a eficiência e as condições de operação de cada tecnologia. A comparação das soluções destaca as vantagens e limitações de cada uma, como a previsibilidade da produção solar e a variabilidade do vento, além da necessidade de baterias para garantir a autonomia. Essa abordagem permite uma avaliação abrangente e fundamentada, essencial para a tomada de decisão em projetos de energia renovável.

Raio-X da questão

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