Física1ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Uma comunidade isolada consome E_day = 360 kWh/dia com pico P_peak = 50 kW. Disponível irradiância média t_sol…

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 comunidade isolada consome E_day = 360 kWh/dia com pico P_peak = 50 kW. Disponível irradiância média t_sol = 5,0 h/dia. Gerador diesel consome 0,28 L/kWh e o combustível custa R$ 5,00/L. Avalie, com cálculos, a substituição total do gerador por um sistema PV + baterias: determine potência PV necessária, capacidade de bateria para autonomia 24 h, consumo e custo diário de diesel atualmente, e conclua tecnicamente.

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

Resposta esperada

Modelo de resposta (cálculos e análise): 1) Potência PV necessária: P_pv = E_day / t_sol = 360 kWh / 5,0 h = 72 kW instalado (72×10³ W). Fórmula: P = E/t. 2) Capacidade de bateria: considerar eficiência round-trip ?_rt ˜ 0,90 e DoD utilizável 80% ? energia útil ˜ E_day/?_rt = 360/0,90 = 400 kWh; capacidade nominal = 400/0,80 = 500 kWh. 3) Consumo e custo diário de diesel atual: V_diesel = 0,28 L/kWh × 360 kWh = 100,8 L/dia; custo = 100,8 L×R$5,00/L = R$504/dia. 4) Conclusão técnica: PV+bateria requer ~72 kW de módulos e ˜500 kWh de baterias (grande investimento inicial) mas elimina ˜R$504/dia em combustível e reduz emissões; se irradiância for confiável e financiamento/capital disponíveis, PV+armazenamento é vantajoso a médio prazo; se variabilidade ou restrições de área/solo existirem, solução híbrida (PV reduz consumo de diesel) é mais adequada. Considere também rendimentos do inversor, perdas de cabeamento e curva de demanda para dimensionamento final.

Explicação

Os cálculos apresentados demonstram a relação entre a demanda energética da comunidade e a capacidade dos sistemas fotovoltaicos e de armazenamento necessários para substituição do gerador a diesel. A análise do custo diário do diesel evidencia a viabilidade econômica da transição para energia solar, considerando a eliminação de despesas com combustível. A conclusão técnica ressalta a importância de avaliar fatores como confiabilidade da irradiância e limitações de espaço, que influenciam a escolha entre um sistema totalmente renovável ou uma solução híbrida.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

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

sistema PV e baterias

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de potência elétrica · sistemas de energia renovável

📚 Reveja

Revisar cálculos de potência e capacidade de baterias em sistemas de energia renovável.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode errar ao calcular a potência necessária do sistema PV, subestimando a irradiância média ou não considerando a autonomia das baterias.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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