FísicaENEMBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma turbina eólica de área varrida A = 20,0 m² está em local com velocidade média do vento v = 6,00 m·s?¹…

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 turbina eólica de área varrida A = 20,0 m² está em local com velocidade média do vento v = 6,00 m·s?¹. Densidade do ar ? = 1,20 kg·m?³. A potência disponível no vento é P_w = ½ ? A v³; o coeficiente de potência da turbina é C_p = 0,40 e o fator de capacidade operacional é 30%. Calcule: (a) potência mecânica média extraída P_mech (W); (b) energia anual esperada em kWh (usar 8760 h/ano e fator 30%); (c) discuta duas vantagens ambientais e uma limitação desse aproveitamento e uma medida mitigadora.

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

Resposta esperada

Cálculo do vento: P_w = ½ ? A v³ = 0,5·1,20·20,0·(6,00)³ = 0,6·20·216 = 2592 W. (a) Potência mecânica extraída P_mech = C_p · P_w = 0,40·2592 = 1036,8 W ˜ 1,04×10^3 W. (b) Energia anual sem fator: E0 = P_mech · 8760 h = 1036,8 W · 8760 h = 9,082,368 Wh. Com fator de capacidade 30%: E_ano = 0,30·E0 = 2,724,710,4 Wh ˜ 2,724,7 kWh por ano. (c) Discussão: Vantagens ambientais — (1) fonte renovável sem emissão direta de CO2 durante operação; (2) reduz dependência de combustíveis fósseis e perdas por transmissão se instalada localmente. Limitação — intermitência do vento, que causa variação de geração. Medidas mitigadoras — integração com sistemas de armazenamento (baterias) ou com fontes complementares e planejamento de rede para gerenciar variabilidade; seleção de locais com impacto ecológico reduzido e projetos que minimizem risco a aves e ruído. Valores e fórmulas usados: P_w = ½ ? A v³ (W), P_mech = C_p·P_w (W), E = P·tempo (Wh).

Explicação

A solução apresenta os cálculos necessários para determinar a potência mecânica extraída da turbina e a energia anual esperada, utilizando as fórmulas apropriadas e considerando o fator de capacidade. Além disso, discute as vantagens ambientais da energia eólica, como a sua renovabilidade e a redução da dependência de combustíveis fósseis, além de abordar a limitação da intermitência do vento e sugerir medidas mitigadoras. Essa abordagem abrangente demonstra a compreensão dos conceitos envolvidos e a aplicação prática dos mesmos.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Analisar

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 eólica

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

potência eólica · cálculo de energia

📚 Reveja

Revisar os conceitos de potência eólica e suas aplicações.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a potência disponível no vento com a potência mecânica extraída, não considerando o coeficiente de potência da turbina.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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