Física1ª sérieBNCC EM13CNT106Difícil⏱ longo

Projete uma solução baseada em energia solar para alimentar 10 postes de iluminação de 20 W cada, funcionando…

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

Projete uma solução baseada em energia solar para alimentar 10 postes de iluminação de 20 W cada, funcionando 12 h por noite, com autonomia de 2 dias. Apresente cálculos de energia diária, capacidade de bateria requerida (Wh e Ah a 24 V), potência de painel solar necessária (considere 5 h equivalentes de sol/dia e fator de perdas 1,3) e discuta fatores geográficos e ambientais que influenciam a escolha.

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

Resposta esperada

Cálculos modelo: energia por noite = 10·20 W·12 h = 2 400 Wh (2,4 kWh). Para 2 dias de autonomia: 2,4 kWh·2 = 4 800 Wh. Considerando limite de descarga útil de 80% (DOD = 0,8), capacidade da bateria necessária = 4 800 Wh / 0,8 = 6 000 Wh. Em 24 V: Ah = 6 000 Wh / 24 V = 250 Ah. Energia diária a ser gerada pelo painel = 2 400 Wh; potência mínima PV = 2 400 Wh / 5 h = 480 W. Com fator de perdas 1,3 => potência PV requerida ˜ 480 W·1,3 = 624 W (por segurança: usar dois painéis de ~320 W). Fatores geográficos/ambientais: irradiação média local (h equivalentes de sol), sombreamento, temperatura (reduz eficiência dos módulos), estação chuvosa (aumenta autonomia requerida), disponibilidade de área para instalação e impactos ambientais locais. Avaliação custo/benefício: comparar custo inicial (painéis, controlador MPPT, baterias, inversor) com redução de custos operacionais e benefício ambiental (menos emissões se substituir gerador a diesel). Recomenda-se incluir um controlador de carga com MPPT, proteção contra descarga profunda e considerar manutenção periódica e reciclagem das baterias na avaliação.

Explicação

A solução apresentada realiza cálculos precisos para determinar a energia necessária, a capacidade da bateria e a potência do painel solar, considerando a autonomia e as perdas do sistema. Além disso, aborda fatores geográficos e ambientais que podem afetar a eficiência do sistema, garantindo uma análise abrangente e prática. A inclusão de aspectos como custo-benefício e manutenção também demonstra uma visão completa da viabilidade do projeto.

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

energia solar

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · dimensionamento de sistemas solares

📚 Reveja

Revisar cálculos de energia e dimensionamento de sistemas fotovoltaicos.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode errar ao não considerar a autonomia necessária das baterias, resultando em um dimensionamento inadequado do sistema.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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