(Originais Teachy 2023) - Questão Médio 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 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?

O município de Vila Verde está buscando maneiras de reduzir seu consumo energético e tornar seus sistemas mais eficientes. A prefeitura decidiu iniciar um projeto de modernização da iluminação pública, substituindo as antigas lâmpadas de vapor de mercúrio por lâmpadas de LED. Sabendo que a eficiência energética é a relação entre a quantidade de energia empregada para iluminar e a quantidade de luz emitida, e considerando que as lâmpadas de vapor de mercúrio têm uma eficiência luminosa de 40 lm/W, enquanto as lâmpadas de LED têm uma eficiência luminosa de 100 lm/W, calcule a porcentagem de melhoria na eficiência energética que o município de Vila Verde obterá ao realizar essa substituição. Considere apenas a eficiência luminosa das lâmpadas e despreze qualquer outro fator que possa afetar a eficiência energética do sistema de iluminação.

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.