Uma comunidade rural consome 45 kWh/dia. Pretende-se combinar painéis fotovoltaicos e uma microturbina no…

Questão

Uma comunidade rural consome 45 kWh/dia. Pretende-se combinar painéis fotovoltaicos e uma microturbina no córrego local. Dados: irradiância média I = 520 W/m² por t = 5,0 h/dia; área disponível para painéis A = 60,0 m²; eficiência dos painéis ?_pv = 18% (0,18). Córrego: vazão Q = 0,20 m³/s, queda útil h = 2,5 m; ?_água = 1000 kg/m³; g = 10 m/s²; rendimento turbina+gerador ?_t = 50% (0,50). Considere operação contínua da turbina. Calcule e comunique: (a) energia diária gerada pelos painéis (kWh/dia) usando E_pv = I·A·?_pv·t; (b) energia diária gerada pela turbina (kWh/dia) usando P = ?·g·Q·h·?_t e E = P·24 h; (c) porcentagem do consumo diário atendida pelo sistema; (d) energia de reserva equivalente a 20% do consumo (kWh) e a capacidade de bateria necessária em Ah a 48 V (Ah = Wh/V). Apresente cálculos e resultados com unidades SI.

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

Resposta esperada

Solução modelo: (a) Energia dos painéis: potência gerada P_pv = I·A·?_pv = 520 W/m² · 60,0 m² · 0,18 = 5.616 W = 5,616 kW. Energia diária E_pv = P_pv · t = 5,616 kW · 5,0 h = 28,08 kWh/dia. (b) Potência da turbina: P_t = ?·g·Q·h·?_t = 1000 kg/m³ · 10 m/s² · 0,20 m³/s · 2,5 m · 0,50 = 2.500 W = 2,5 kW. Energia diária E_t = P_t · 24 h = 2,5 kW · 24 h = 60,0 kWh/dia. (c) Energia total gerada = E_pv + E_t = 28,08 + 60,0 = 88,08 kWh/dia. Porcentagem do consumo atendida = (88,08 / 45,0) · 100% ˜ 195,7% ? cobre o consumo e gera excedente ˜ 43,08 kWh/dia. (d) Reserva desejada = 20% · 45,0 kWh = 9,0 kWh = 9000 Wh. Capacidade em Ah a 48 V: Ah = Wh / V = 9000 Wh / 48 V = 187,5 Ah. Recomenda-se arredondar para cima (ex.: 200 Ah) considerando perdas e eficiência do banco.

Explicação

Os cálculos realizados utilizam as fórmulas apropriadas para determinar a energia gerada pelos painéis fotovoltaicos e pela microturbina, considerando a eficiência e as condições do sistema. A porcentagem do consumo atendida é calculada a partir da soma das energias geradas, demonstrando que o sistema não apenas cobre a demanda, mas também gera um excedente. A reserva de energia é calculada com base na necessidade de 20% do consumo, convertida em capacidade de bateria em Ah, garantindo que o sistema tenha uma margem de segurança.

Raio-X da questão

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