Exercícios Resolvidos Energia Solar Residencial Rural - Dimensionamento e Cálculos

ENERGIA E MEIO AMBIENTE Reorientação de Estudo referente a AVALIAÇÃO C2A1 20221 PROBLEMA 1 VALOR 05 ponto Considere uma residência rural habitada por 4 pessoas na qual existe 1 máquina de lavar roupar 1 torneira de água quente na cozinha Pedese a Determinar a demanda diária de água quente b Especifique o tamanho do reservatório adequado para essa aplicação de acordo com a tabela 1 c Considerando que a água precisa ser aquecida até uma temperatura média de 60 C durante um período de 5 horas diárias de insolação 700 Wm² determinar a área necessária de coleta de energia solar d Especifique os coletores solares adequados para esta aplicação de acordo com a tabela 2 MATERIAL DE APOIO TABELA 1 Valores médios de consumo diário de água aquecida em residências Descrição Consumo L Chuveiro 50 banho pessoa Banheira convencional para uma pessoa 100 banho Banheira dupla para duas pessoas 200 banho Torneira de água quente na cozinha 50 dia uso moderado Máquina de lavar pratos 150 dia Máquina de lavar roupas 150 dia Fonte Manual da Soletrol adaptado Tamanho de reservatórios térmicos 200 L 300 L 400 L 500 L 600 L Calor específico da água 42 kJkgK Eficiência média dos coletores solares 40 a 60 TABELA 2 Informações técnicas de Coletores solares Família STT KISOLTEC Detalhe Modelo STT A510 STT A515 STT A518 STT A520 STT A520H Largura mm 1005 1005 1005 1005 2000 Comprimento mm 1000 1550 1800 2000 1005 Altura mm 61 61 61 61 61 Área do Coletor m2 100 150 180 200 200 Fonte httpswwwkisolteccombrprodutoscoletorsolar PROBLEMA 2 VALOR 05 ponto Seja o seguinte projeto elétrico de uma residência rural iremos projetar um sistema fotovoltaico isolado para atender sua demanda diária de energia elétrica Descrição Em cada cômodo da residência existirá uma lâmpada fluorescente compacta Será utilizada uma lâmpada de 11 W nos cômodos maiores sala e cozinha usadas durante 2 horas por dia e nos demais as lâmpadas terão potência de 9 W usadas durante 1 hora por dia Na sala existirão duas tomadas sendo uma para a TV e o receptor da antena parabólica tomada de 90 W usada por 3 horas diárias e a outra para alimentar o aparelho de som tomada de 25 W usado durante 2 horas por dia Na cozinha existirá também uma tomada de 200 W para alimentar o liquidificador que é utilizado por 01 horas por dia Para que a demanda de potência não se torne muito elevada a geladeira o ferro de passar e o chuveiro serão alimentados a gás Para isso poderá utilizar o gás de cozinha GLP ou biogás Todas as lâmpadas terão corrente contínua a 12 V As tomadas serão de corrente alternada a 110 V Pedese A Construir um quadro de cargas para determinar o consumo diário de energia elétrica B Determinar o número de painéis fotovoltaicos considerando que sua área unitária seja de 04 m² produzindo 150 Whdia Adote uma margem de folga de 25 C Dimensionar o número de baterias de 100 Ah necessárias dica 100 Ah para cada 04 m² de painel D Determinar a autonomia do sistema considerando que utilizaremos no máximo até 50 da carga da bateria PROBLEMA 03 Valor 10 ponto Texto 01 Hidrelétrica de Porto Primavera inicia primeiros testes com geradores de energia eólica no Estado de São Paulo Em comemoração à Semana do Meio Ambiente o governo do Estado de São Paulo iniciou nesta sextafeira 9 a fase de testes dos dois primeiros geradores de energia eólica do Estado instalados na área da usina hidrelétrica de Porto Primavera localizada no município de Rosana na região de Presidente Prudente Cada aerogerador tem capacidade para gerar 100 quilowatts kW As torres que possuem 30 metros de altura e pás de 10 metros de comprimento fazem parte de um projeto que vem sendo desenvolvido pela Companhia Energética de São Paulo Cesp com o apoio da Secretaria Estadual de Energia e Mineração São Paulo conta com uma das matrizes energéticas mais limpas do mundo e a entrada em operação dessas torres eólicas darão ao governo paulista novos estudos e informações sobre o comportamento dessa energia no Estado o que possibilitará incentivarmos sua expansão de maneira mais efetiva disse o secretário de Energia e Mineração João Carlos Meirelles Os geradores eólicos fazem parte de um amplo projeto de pesquisa e desenvolvimento dentro do programa de pesquisa e desenvolvimento da Agência Nacional de Energia Elétrica Aneel e visam a estudar a complementaridade energética das fontes solar eólica e hidráulica Fonte Por G1 Presidente Prudente 09062017 15h20 Atualizado 09062017 16h52 1 Em relação a hidrelétrica de Porto Primavera pesquise a Local b Altura de queda bruta m c Vazão volumétrica média anual que passa pela usina m³s d Capacidade instalada da usina em MW e Número de unidades geradoras f Capacidade de cada unidade geradora MW g Tipo de turbina instalada h Área do reservatório 2 Considerando os dados descobertos na questão 01 calcule a potência bruta disponível para a usina hidrelétrica de porto primavera 3 Com base na potência bruta disponível e na potência instalada determine o rendimento total dessa hidrelétrica 4 Segundo Souza Santos e Bortoni 2009 p 7 o rendimento de uma usina hidrelétrica é calculado pela expressão 𝜂 𝜂𝑠𝑎 𝜂𝑡 𝜂𝑠𝑔 𝜂𝑔 Em que 𝜂𝑠𝑎 rendimento do sistema de admissão de 97 a 999 𝜂𝑡 rendimento total da turbina 𝜂𝑠𝑔 rendimento do sistema girante transmissão mecânica entre turbina e gerador elétrico varia de 97 a 99 𝜂𝑔 rendimento do gerador elétrico de 21 a 93 Considere que a entrada seja a potência bruta calculada na questão 3 e a potência de saída do gerador elétrico seja a potência instalada determinada na questão 1 Qual seria a faixa de rendimento máximo e mínimo da turbina com base no rendimento global calculado na questão 3 e nos valores máximos e mínimos de rendimento de cada parte da usina hidrelétrica 5 Considerando que a vazão média anual e dividida igualmente para cada uma das turbinas unidades geradoras perguntase se você se estivesse projetando a usina de Porto Primavera você usaria o mesmo tipo de turbina atualmente instalado Justifique sua resposta utilizando o diagrama de seleção de turbina da fabricante Hacker apresentado na aula 02 de hidro energia