(Originais Teachy 2023) - Questão Médio de Energia Sustentável

Na região onde uma escola está localizada, a incidência diária de radiação solar é de cerca de 5,2 kWh/m². Considerando que uma família deseja instalar um sistema de aquecimento de água utilizando coletores solares com uma eficiência de conversão de 60%, e que o consumo diário médio de água quente da família é de 150 litros, incluindo os dias de maior e menor consumo, calcule a área mínima necessária de coletores solares para atender a demanda. Considere que a temperatura inicial da água é de 20°C e a temperatura desejada para o banho é de 40°C, e despreze as perdas de calor durante o aquecimento e armazenamento da água.

Os painéis solares fotovoltaicos são feitos de células que convertem a luz solar em corrente elétrica contínua, mas essa energia gerada depende de fatores como a intensidade da radiação solar, a inclinação e a orientação do painel em relação ao sol. Considerando um sistema de painéis solares em uma região que possui uma expectativa anual de 5,5 horas diárias de sol pleno, e sabendo que a energia solar é uma fonte intermitente, qual seria, teoricamente, a máxima quantidade de energia que poderia ser gerada por um painel de 1 m² de área, se todas as condições ideais fossem atendidas sem interrupções ao longo do ano? Suponha uma eficiência de conversão fotovoltaica de 20% e que não há perdas no sistema de conversão e armazenamento da eletricidade gerada.

A energia nuclear é utilizada em diversas tecnologias, incluindo a geração de eletricidade e aplicações médicas. No contexto da geração de eletricidade, a fissão nuclear é um processo que libera grandes quantidades de energia e é controlado em reatores nucleares para gerar vapor, que por sua vez aciona turbinas geradoras de eletricidade. Considerando o princípio da conservação de energia e o ciclo de conversão de energia em uma usina nuclear, analise o seguinte cenário: Em uma usina nuclear, a cada 1 kg de urânio-235 fissionado, cerca de 170 terajoules de energia são liberados. Se uma usina nuclear tem uma eficiência de 35% na conversão de energia térmica em energia elétrica, quantos megawatts-hora (MWh) de eletricidade poderiam ser produzidos a partir da fissão de 1 tonelada de urânio-235?

A Usina de Cana-de-Açúcar da cidade de Leme, em São Paulo, adotou recentemente uma iniciativa para maximizar a eficiência energética e reduzir o impacto ambiental. A empresa decidiu implementar um sistema de cogeração de energia que utiliza biomassa como combustível. O processo começa com a queima de bagaço de cana, um subproduto da produção de açúcar, para gerar vapor. Esse vapor aciona turbinas que, por sua vez, movem geradores elétricos, convertendo a energia térmica em energia elétrica. Considerando que a produção de bagaço de cana é contínua e que a queima desse resíduo é parte fundamental do processo de cogeração, avalie como a intermitência na disponibilidade de bagaço de cana pode afetar a geração de energia elétrica nesta usina, levando em conta os princípios de inércia térmica e a eficiência da conversão de energia nesta forma de cogeração.