(Originais Teachy 2023) - Questão Média de Energia Sustentável

A empresa Clean Energy Ltda. está avaliando a viabilidade econômica de substituir parte de sua frota de veículos por modelos elétricos. Atualmente, a frota da empresa é composta por 50 veículos movidos a diesel que consomem, em média, 10.000 litros de combustível por mês, a um custo unitário de R$ 4,50 o litro. A empresa está considerando a aquisição de veículos elétricos que custam R$ 100.000 cada um e têm uma autonomia de 300 km por carga. Os veículos elétricos não requerem gastos com combustível, mas precisam ser recarregados. A Clean Energy Ltda. planeja implementar um sistema de recarga que custará R$ 1.000 por ponto de recarga e que será instalado em sua sede. Considerando que cada veículo diesel percorre, em média, 10 km por litro e que o custo de eletricidade para recarregar os veículos elétricos é de R$ 0,30 por kWh, determine qual deve ser a proporção mínima de veículos elétricos na frota da empresa para que a substituição seja financeiramente vantajosa, considerando um horizonte de análise de 5 anos e uma taxa de desconto de 10% ao ano. Desconsidere quaisquer outros custos operacionais e de manutenção dos veículos.

Um grupo de alunos do ensino médio está desenvolvendo um projeto prático para a Feira de Ciências de sua escola, com foco em energias sustentáveis. Eles decidem apresentar um protótipo de aquecedor solar que pode ser facilmente construído com materiais acessíveis. Como parte da preparação para a apresentação, eles devem considerar a eficiência do aquecedor em diferentes cenários de uso. Considerando os princípios básicos da energia sustentável e a importância de maximizar a eficiência na conversão de energia solar em calor, qual fator deve ser priorizado na otimização do projeto apresentado, de modo a garantir que o aquecedor funcione de maneira mais eficiente possível, sem aumentar significativamente seu custo de produção?

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.

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.