(Originais Teachy 2023) - Questão Difícil de Energia Sustentável

No contexto da transição energética, a busca por fontes de energia renováveis e menos poluentes é uma prioridade global para a mitigação das mudanças climáticas e a sustentabilidade ambiental. O sol, uma fonte inesgotável de energia, é aproveitado por meio de painéis fotovoltaicos que convertem a luz solar em eletricidade, um processo que não emite gases de efeito estufa. Em uma atividade interdisciplinar que envolve conhecimentos de física e geografia, estudantes são desafiados a propor soluções para aumentar a adoção da energia solar em um bairro residencial que deseja reduzir sua pegada de carbono. Considerando as tecnologias existentes e o impacto ambiental, qual iniciativa poderia ser implementada para promover o uso eficiente de energia solar nessa comunidade, levando em conta tanto a geração quanto o consumo energético?

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.

A usina hidrelétrica é uma instalação projetada para a geração controlada de energia a partir do potencial de energia da água. Considere um cenário em que uma usina hidrelétrica utiliza um reservatório de grande volume para armazenar água que será liberada gradualmente para impulsionar as turbinas e gerar eletricidade. Qual é o principal processo físico que ocorre nas turbinas da usina hidrelétrica para que a energia potencial da água armazenada no reservatório seja convertida em energia elétrica?

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.