(Originais Teachy 2023) - Questão Difícil de Energia Sustentável

A usina de energia das ondas no Porto de Rosent está localizada na costa oeste, onde as ondas do oceano são particularmente fortes e regulares. O engenheiro responsável está avaliando o potencial energético do local, que depende da altura das ondas, da frequência com que elas atingem a costa e da densidade da água do mar. Considerando o contexto da geração de energia oceânica, identifique quais aspectos são relevantes para o cálculo da energia disponível nessa usina de ondas a partir da altura das ondas, da periodicidade de chegada delas à costa e das propriedades físicas da água do mar.

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.

Considerando a atual necessidade de transição para fontes de energia mais sustentáveis, uma escola planeja instalar painéis solares para gerar parte da eletricidade consumida. As despesas iniciais incluem o custo dos painéis, do inversor (que converte a corrente contínua gerada pelos painéis em corrente alternada utilizável) e da instalação. Para determinar a viabilidade econômica do projeto, é necessário calcular o período de retorno do investimento, que corresponde ao tempo necessário para que as economias geradas pela redução na conta de eletricidade compensem o valor do investimento inicial. Supondo que o custo total do projeto seja de R$ 40.000,00, que a escola atualmente gaste em média R$ 1.000,00 por mês com eletricidade e que os painéis solares tenham uma vida útil de 25 anos, sem considerar depreciação ou outros custos, qual seria o período de retorno do investimento em anos?