FísicaENEMBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma microrede rural sofre um evento de nuvem que reduz instantaneamente a geração fotovoltaica em 100 kW por…

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 microrede rural sofre um evento de nuvem que reduz instantaneamente a geração fotovoltaica em 100 kW por 2,0 min. O inversor/banco deve suprir a demanda durante o evento. Considere rendimento do inversor ?_inv = 0,95 e limite de profundidade de descarga DoD = 0,80. Determine (i) potência mínima de descarga do banco (kW) e (ii) capacidade mínima de armazenamento em kWh. Discuta brevemente vantagens e limitações dessa solução.

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

Resposta esperada

Dados: ?P_PV = 100 kW por t = 120 s; ?_inv = 0,95; DoD = 0,80. (i) Potência de descarga do banco: P_bank = ?P_PV/?_inv = 100/0,95 = 105,26 kW (aprox. 105 kW). (ii) Energia requerida: E_req = P_bank·t = 105,26 kW·(120 s) = 105,26·(120/3600) kWh = 105,26·0,03333 h = 3,51 kWh. Capacidade mínima do banco considerando DoD: C_min = E_req/DoD = 3,51/0,80 = 4,39 kWh (aprox. 4,4 kWh). Discussão: vantagens incluem resposta rápida, redução do uso de geradores fósseis e melhora da estabilidade da tensão/frequência; limitações incluem custo por kWh, necessidade de sistema de controle para ciclos frequentes, vida útil limitada pela profundidade de descarga e necessidade de dimensionamento de potência do inversor/banco para picos maiores. Recomenda-se avaliar custo/benefício considerando número de eventos diários, curvas de carga e estratégias de recarga do banco.

Explicação

A solução apresentada calcula a potência de descarga do banco considerando a eficiência do inversor, garantindo que a demanda seja atendida durante a redução da geração. Em seguida, determina a capacidade mínima de armazenamento levando em conta a profundidade de descarga, assegurando que a bateria possa suportar a energia necessária sem comprometer sua vida útil. A discussão sobre vantagens e limitações é essencial para entender o contexto prático da solução proposta.

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✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

banco de baterias

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de potência e energia · rendimento de inversores

📚 Reveja

Revisar os conceitos de rendimento de inversores e capacidade de armazenamento de baterias.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a potência mínima de descarga com a capacidade total do banco de baterias, não considerando o rendimento do inversor e a profundidade de descarga.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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