(Originais Teachy 2023) - Questão Fácil de Energia Sustentável

A usina geotérmica de Larderello, na Itália, é uma das mais antigas do mundo e continua a operar graças ao calor proveniente do interior da Terra. A energia geotérmica é gerada através da utilização desse calor para aquecer a água e a transformar em vapor, que por sua vez aciona turbinas geradoras de eletricidade. A temperatura do vapor é um fator crítico para a eficiência do processo, e por isso a profundidade de perfuração é estrategicamente determinada. Com base nesse cenário, qual fator deve ser considerado prioritário no planejamento de uma usina geotérmica para assegurar que a temperatura do vapor atinja níveis ideais para a geração de energia elétrica de forma sustentável?

A usina eólica Vento Verde está localizada em uma região com ventos de aproximadamente 10 m/s. Com um parque de 30 turbinas, cada uma com capacidade de 3 MW, a usina pode gerar energia suficiente para abastecer uma pequena cidade de 40 mil habitantes. Considerando um fator de capacidade de 30% e a densidade do ar local de 1,225 kg/m³, calcule a energia que seria produzida em um dia de operação contínua, e avalie como essa energia poderia afetar a redução de emissões de carbono da cidade. Dados: 1 MW = 1.000 kW = 1.000.000 W

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.

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.