PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 12 (2º semestre · 1º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2009
Com o advento do efeito estufa o aquecimento global tornou-se uma questão prioritária e buscar fontes alternativas de energia, limpa e renovável, como, por exemplo, a energia solar, é muito importante. Na vastidão territorial do Brasil, a média anual do total de energia na forma de radiação solar que chega à Terra é bem homogênea. Os valores máximo e mínimo da potência da radiação solar média anual (\text{P}_\text{s}) ocorrem, respectivamente, no norte da Bahia, próximo à fronteira com o Piauí com cerca de 270\ \text{W/m}^2 e no nordeste de Santa Catarina, com 180\ \text{W/m}^2. Uma placa solar é constituída de um conjunto de dispositivos chamados de células fotovoltaicas (FV), que convertem energia solar em energia elétrica, distribuídas em um arranjo regular chamada de placa coletora solar ou placa solar.
a) Uma placa solar de 16\ \text{cm} por 15\ \text{cm} possui uma eficiência de 20\%. Em cada uma das duas regiões do país mencionadas no texto, placas idênticas fornecem uma ddp de 12\ \text{V}. Calcule a corrente produzida pela placa em cada região. (2,5 pontos)
Em uma dada região do país, uma placa solar é constituída de 40 células FV, conforme a figura. Cada célula gera 0{,}5\ \text{V}, com uma corrente de 100\ \text{mA}.
b) Calcule a ddp produzida entre os terminais A e B do arranjo e a corrente total. Justifique seus cálculos. (2,5 pontos)
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Resolução comentada
a) A potência elétrica é a potência solar que incide na placa multiplicada pela eficiência. Depois, a corrente sai de P = U\cdot i.
Área da placa: A = 0{,}16 \times 0{,}15 = 0{,}024\ \text{m}^2.
- Bahia (270\ \text{W/m}^2): P_{inc} = 270 \times 0{,}024 = 6{,}48\ \text{W}. A potência elétrica é P = 0{,}20 \times 6{,}48 = 1{,}296\ \text{W}. A corrente é i = \dfrac{1{,}296}{12} = 0{,}108\ \text{A}.
- Santa Catarina (180\ \text{W/m}^2): P_{inc} = 180 \times 0{,}024 = 4{,}32\ \text{W}. A potência elétrica é P = 0{,}20 \times 4{,}32 = 0{,}864\ \text{W}. A corrente é i = \dfrac{0{,}864}{12} = 0{,}072\ \text{A}.
Bahia: i = 0{,}108\ \text{A} = 108\ \text{mA}; Santa Catarina: i = 0{,}072\ \text{A} = 72\ \text{mA}.
b) Pela figura, a partir de A há dois ramos em paralelo. Cada ramo tem duas fileiras ligadas em série. No ramo superior, a fileira 2 é ligada à fileira 1 (fim de uma com o início da outra). No ramo inferior, a fileira 3 é ligada à fileira 4. Assim, cada ramo tem 10 + 10 = 20 células em série, todas com a mesma polaridade (negativo à esquerda, positivo à direita, sentido de A para B).
Em série, as tensões se somam e a corrente é a mesma em todas as células:
Os dois ramos estão em paralelo entre A e B. Portanto a ddp do arranjo é a de um ramo, e as correntes dos ramos se somam:
U_{AB} = 10\ \text{V} e i_{total} = 200\ \text{mA} = 0{,}2\ \text{A}.
Assuntos: Geradores, receptores e leis de Kirchhoff, Potência elétrica e efeito Joule.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: UFG 2ª etapa 2009 · 2º semestre · 1º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗