(Originais Teachy 2023) - Questão Fácil de Energia Sustentável

Os sistemas de energia solar fotovoltaica convertem a luz do sol em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico, que ocorre quando certos materiais são expostos à luz e geram uma corrente elétrica. Este processo é amplamente utilizado em painéis solares para geração de energia elétrica sustentável. Considerando a importância do dimensionamento correto de um sistema fotovoltaico para garantir sua eficiência e a máxima captação de energia solar, analise o seguinte cenário: uma residência deseja instalar um sistema de energia solar para suprir em média 80% de sua demanda energética anual, que é de 10.000 kWh. Sabendo que a irradiação solar média na região é de 5,5 kWh/m²/dia e considerando uma eficiência média dos painéis de 15%, determine a área necessária de painéis solares para atender a esta demanda, desconsiderando quaisquer perdas no sistema de geração e transmissão.

O município de Vila Verde está buscando maneiras de reduzir seu consumo energético e tornar seus sistemas mais eficientes. A prefeitura decidiu iniciar um projeto de modernização da iluminação pública, substituindo as antigas lâmpadas de vapor de mercúrio por lâmpadas de LED. Sabendo que a eficiência energética é a relação entre a quantidade de energia empregada para iluminar e a quantidade de luz emitida, e considerando que as lâmpadas de vapor de mercúrio têm uma eficiência luminosa de 40 lm/W, enquanto as lâmpadas de LED têm uma eficiência luminosa de 100 lm/W, calcule a porcentagem de melhoria na eficiência energética que o município de Vila Verde obterá ao realizar essa substituição. Considere apenas a eficiência luminosa das lâmpadas e despreze qualquer outro fator que possa afetar a eficiência energética do sistema de iluminação.

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?