(Originais Teachy 2023) - Questão Fácil de Energia Sustentável

A energia solar é uma fonte limpa e renovável que pode ser utilizada para gerar eletricidade. Um dos dispositivos mais comuns para a conversão de energia solar em energia elétrica é o painel fotovoltaico, que utiliza o efeito fotovoltaico para produzir uma corrente contínua. Em um dia ensolarado, um painel fotovoltaico com uma área de 1 metro quadrado e eficiência de 20% pode produzir aproximadamente quantos watts de potência? Considere a potência radiante típica da luz solar incidente na Terra, que é de aproximadamente 1000 watts por metro quadrado.

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 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

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?