Exercícios: Produção e utilização responsável da energia

O mix elétrico espanhol de um determinado ano pode ser aproximado assim: eólica $25\ \%$, nuclear $20\ \%$, solar $17\ \%$, usinas de ciclo combinado a gás $15\ \%$, hídrica $12\ \%$ e outras fontes $11\ \%$, como mostra o gráfico.

1. a) Considerando renováveis a eólica, a solar e a hídrica, que porcentagem da eletricidade espanhola foi de origem renovável?
2. b) Verifique se todas as porcentagens do mix somam $100\ \%$.

Classifique estas fontes de energia em renováveis e não renováveis, e justifique a sua escolha em cada caso: vento, carvão, urânio, Sol, gás natural e biomassa.

Produzir $1\ \text{kWh}$ de eletricidade na Espanha emite em média cerca de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ para a atmosfera. Se uma residência consumir $300\ \text{kWh}$ em um mês, quantos quilogramas de $\text{CO}_2$ correspondem a esse consumo?

Uma lâmpada LED de $10\ \text{W}$ emite a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de $60\ \text{W}$, como mostra a figura.

1. a) Calcule a energia consumida por cada uma se ficarem acesas durante $5\ \text{h}$, em $\text{kWh}$.
2. b) Qual das duas é mais eficiente? Explique com base nos resultados obtidos.

Os eletrodomésticos têm uma etiqueta de eficiência energética com classes que vão de A a G, como mostra a figura.

1. a) O que significa uma geladeira ser de classe A e outra de classe G?
2. b) Explique por que convém verificar essa etiqueta antes de comprar, mesmo que a de classe A seja mais cara.

A combustão de um litro de gasolina emite cerca de $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$. Se um carro gastar um tanque de $40\ \text{L}$, quantos quilogramas de $\text{CO}_2$ foram emitidos?

Indique duas vantagens e duas desvantagens da energia solar fotovoltaica como forma de produzir eletricidade, e explique resumidamente cada uma delas.

Uma instalação de painéis solares custa $\text{R\$}\ 4000$ e permite economizar $\text{R\$}\ 500$ por ano na conta de luz. O gráfico mostra o investimento e a economia acumulada:

Quantos anos leva para se pagar, ou seja, para recuperar o dinheiro investido por meio da economia obtida?

A demanda de eletricidade anual da Espanha é de cerca de $250\ \text{TWh}$. Com o mix aproximado do ano passado (eólica $25\ \%$, solar $17\ \%$):

1. a) Quantos $\text{TWh}$ foram produzidos pela energia eólica?
2. b) Quantos $\text{TWh}$ foram produzidos pela energia solar?
3. c) Quantos $\text{TWh}$ somaram as duas fontes juntas?

Uma residência consome $3200\ \text{kWh}$ de eletricidade por ano e o fator de emissão da matriz elétrica espanhola é de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$.

1. a) Calcule os quilogramas de $\text{CO}_2$ correspondentes a esse consumo anual.
2. b) Expresse o resultado em toneladas.

Um carro a gasolina consome $6\ \text{L}$ a cada $100\ \text{km}$ e percorre $12000\ \text{km}$ por ano. A combustão de um litro de gasolina emite $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$.

1. a) Quantos litros consome em um ano?
2. b) Quantos quilogramas de $\text{CO}_2$ emite em um ano? Expresse o resultado também em toneladas, arredondando para uma casa decimal.

Em um átrio de entrada, substituem-se $10$ lâmpadas incandescentes de $60\ \text{W}$ por lâmpadas LED de $9\ \text{W}$. Ficam acesas $4\ \text{h}$ por dia durante $365$ dias por ano.

1. a) Quantos $\text{kWh}$ são poupados em um ano? Arredonde para uma casa decimal.
2. b) Se o preço for de $0,16\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$, quantos reais são poupados por ano?

Para um trajeto de $400\ \text{km}$ comparam-se duas opções por pessoa:

• Carro a gasolina que consome $6\ \text{L}$ a cada $100\ \text{km}$ e no qual viaja apenas uma pessoa ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro).

• Trem elétrico que consome $12\ \text{kWh}$ por passageiro nesse trajeto ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$).

1. a) Calcule as emissões de $\text{CO}_2$ do trajeto em cada opção.
2. b) Quantas vezes mais emite o carro em relação ao trem neste caso? Arredonde para uma casa decimal.

Um parque eólico tem uma potência máxima de $100\ \text{MW}$, mas o vento nem sempre sopra com a mesma intensidade, por isso o seu fator de carga (porcentagem média sobre a potência máxima) é de $30\ \%$, como se mostra no gráfico.

1. a) Qual é a potência média?
2. b) Quanta energia ele produz em um dia, em $\text{MWh}$?

Uma residência unifamiliar consome $8000\ \text{kWh}$ de gás natural por ano para aquecimento. O fator de emissão do gás natural é de $0,20\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$.

1. a) Quantos quilogramas de $\text{CO}_2$ emite esse aquecimento por ano?
2. b) Se um bom isolamento térmico reduzir o consumo em $25\ \%$, quantos quilogramas de $\text{CO}_2$ deixam de ser emitidos por ano?

No telhado de uma casa são instalados $6$ painéis solares de $450\ \text{W}$ cada um. Nessa região, cada quilowatt instalado produz cerca de $1500\ \text{kWh}$ por ano.

1. a) Quantos quilowatts de potência os painéis somam no total?
2. b) Quantos $\text{kWh}$ eles produzem por ano?
3. c) A residência consome $3600\ \text{kWh}$ por ano: os painéis cobrem esse consumo? Quanta energia sobra ou falta?

Uma instalação de painéis solares custa $\text{R\$}\ 5000$ e produz $4000\ \text{kWh}$ por ano que a família deixa de comprar a $0,16\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$.

1. a) Quantos reais você economiza por ano?
2. b) Quantos anos leva para a instalação se pagar? Arredonde para uma casa decimal.
3. c) Se um subsídio pagar $30\ \%$ do custo da instalação, qual passa a ser o tempo para a instalação se pagar?
4. d) Os painéis duram cerca de $25\ \text{anos}$. Quanto dinheiro terão economizado no total durante esse período (sem subsídio)? Comente se o investimento compensa.

Compara-se um carro a gasolina ($6\ \text{L}$ a cada $100\ \text{km}$; $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro) com um carro elétrico ($16\ \text{kWh}$ a cada $100\ \text{km}$; $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$ com a matriz elétrica espanhola atual).

O gráfico mostra o $\text{CO}_2$ acumulado por cada carro em função dos quilômetros percorridos:

1. a) Calcule os quilogramas de $\text{CO}_2$ por cada $100\ \text{km}$ de cada carro.
2. b) Quantos quilogramas cada um emite por ano se percorrer $15000\ \text{km}$?
3. c) A fabricação da bateria do carro elétrico emite cerca de $6000\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ a mais do que a de um carro a gasolina. Utilizando a economia de emissões por cada $100\ \text{km}$, calcule a partir de quantos quilômetros o elétrico já compensou a fabricação da sua bateria. Arredonde para o milhar mais próximo.
4. d) Com esses resultados, escreva um pequeno parágrafo argumentando quando vale a pena o carro elétrico do ponto de vista das emissões.

No mix elétrico espanhol aproximado, os ciclos combinados a gás produzem $15\ \%$ de uma demanda anual de $250\ \text{TWh}$ e emitem $0,45\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$. O gráfico resume os dados do mix, atual e futuro:

1. a) Quantos $\text{TWh}$ o gás produz hoje?
2. b) Em um cenário futuro, a eólica sobe de $25\ \%$ para $35\ \%$ e o gás desce de $15\ \%$ para $5\ \%$, mantendo-se a demanda. Quantos $\text{TWh}$ de gás deixam de ser produzidos?
3. c) Quantas toneladas de $\text{CO}_2$ seriam evitadas por ano com essa mudança? Expresse o resultado em notação científica.
4. d) O gás costuma ser usado como apoio quando não há vento nem Sol. Explique que problema técnico teria de ser resolvido para reduzi-lo ao mínimo e indique uma possível solução.

Uma residência consome $9000\ \text{kWh}$ de gás por ano em aquecimento, a $0,07\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$. Isolar a fachada custa $\text{R\$}\ 3000$ e reduz o consumo em $30\ \%$.

1. a) Quanto custa o aquecimento por ano antes do isolamento?
2. b) Quantos reais o isolamento economiza em cada ano?
3. c) Qual é o tempo de retorno do investimento? Arredonde para uma casa decimal.
4. d) Se um subsídio público cobrir $40\ \%$ do custo do isolamento, qual seria o novo tempo de retorno? Comente como os subsídios influenciam as decisões de economia de energia.

Uma família quer reduzir a sua pegada de carbono. A situação atual:

• Eletricidade: $3800\ \text{kWh}$ por ano ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$).

• Carro a gasolina: $12000\ \text{km}$ por ano com um consumo de $6,5\ \text{L}$ a cada $100\ \text{km}$ ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por litro).

1. a) Calcule a pegada anual atual somando ambas as parcelas, em quilogramas de $\text{CO}_2$.
2. b) Aplicam duas medidas: mudanças de hábitos e LED, que poupam $700\ \text{kWh}$ por ano, e carona compartilhada, que reduz os quilômetros anuais pela metade. Calcule a nova pegada anual.
3. c) Em que porcentagem reduziram a pegada? Arredonde para uma casa decimal e comente qual parcela contribuiu mais para a redução.

Uma vila de $5000$ lares quer se abastecer apenas com energia solar. Cada lar consome, em média, $10\ \text{kWh}$ por dia, e os painéis produzem nessa região cerca de $0,25\ \text{kWh}$ por dia para cada $\text{m}^2$ instalado. O esquema mostra o fluxo de energia entre os painéis, os lares e as baterias:

1. a) Quanta energia a vila consome por dia, em $\text{MWh}$?
2. b) Quantos $\text{m}^2$ de painéis seriam necessários? Expresse o resultado também em hectares ($1\ \text{ha} = 10000\ \text{m}^2$).
3. c) Se $40\ \%$ do consumo ocorrer durante a noite, quanta energia, em $\text{MWh}$, as baterias da vila deveriam armazenar por dia?
4. d) Apresente dois desafios técnicos ou territoriais de abastecer uma vila apenas com energia solar e uma possível solução para cada um.

Um carro elétrico consome $16\ \text{kWh}$ a cada $100\ \text{km}$. A pegada dele depende de como a eletricidade foi produzida (fatores de emissão: mix brasileiro atual $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$; eletricidade a carvão $0,9\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ por $\text{kWh}$). Um carro a gasolina comparável emite $13,8\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ a cada $100\ \text{km}$.

1. a) Calcule os quilogramas de $\text{CO}_2$ a cada $100\ \text{km}$ do elétrico com o mix atual e com eletricidade a carvão.
2. b) Compare os três casos: com qual eletricidade o carro elétrico emite ainda mais do que o a gasolina?
3. c) Com estes dados, escreva um argumento breve a favor do carro elétrico e outro que relativize essa conclusão, mencionando o papel do mix elétrico.