ENEM 2022 — questão 124 de Física

Gabarito BTrabalho e energia — rendimento, intensidade de radiação e área2º dia · Aplicação regular · Caderno 5 (Amarelo)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 124 de Física do ENEM 2022

Enunciado em texto

Em 2017, foi inaugurado, no estado da Bahia, o Parque Solar Lapa, composto por duas usinas (Bom Jesus da Lapa e Lapa) e capaz de gerar cerca de 300 GWh de energia por ano. Considere que cada usina apresente potência igual a 75 MW, com o parque totalizando uma potência instalada de 150 MW. Considere ainda que a irradiância solar média é de 1 500 W/m² e que a eficiência dos painéis é de 20%.

Nessas condições, a área total dos painéis solares que compõem o Parque Solar Lapa é mais próxima de:

a) 1 000 000 m². b) 500 000 m². c) 250 000 m². d) 100 000 m². e) 20 000 m².

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.

Resolução comentada

O que a questão pede: a área total dos painéis, a partir da potência elétrica gerada, da irradiância do Sol e da eficiência.

Passo 1 — separar o dado útil do dado-isca. O enunciado dá três números de energia: 300 GWh300\ \text{GWh} por ano, 75 MW75\ \text{MW} por usina e 150 MW150\ \text{MW} de potência instalada total. Só o último entra na conta. Os 300 GWh/ano300\ \text{GWh/ano} são energia acumulada — dependem de quantas horas de sol o ano teve — e os 75 MW75\ \text{MW} já estão contidos no total.

Passo 2 — subir da energia elétrica para a energia solar. A eficiência de 20%20\% diz que apenas um quinto do que chega vira eletricidade. Para sair com 150 MW150\ \text{MW}, é preciso receber cinco vezes isso:

Psolar=Peleˊtricaη=150×1060,20=750×106 WP_{\text{solar}} = \frac{P_{\text{elétrica}}}{\eta} = \frac{150\times10^{6}}{0{,}20} = 750\times10^{6}\ \text{W}

Passo 3 — de potência para área, usando a irradiância. A irradiância é potência por metro quadrado:

A=PsolarI=750×1061 500=500 000 m2A = \frac{P_{\text{solar}}}{I} = \frac{750\times10^{6}}{1\,500} = \mathbf{500\,000\ \text{m}^2}

A armadilha número um — dividir quando é para multiplicar (ou o contrário). Quem multiplica por 0,20{,}2 em vez de dividir acha 30×106 W30\times10^{6}\ \text{W} e chega a 20 000 m220\,000\ \text{m}^2, que é a alternativa (E). Um teste mental resolve: rendimento abaixo de 100%100\% sempre exige mais entrada do que saída. Se a sua área diminuiu ao considerar a eficiência, você inverteu.

A armadilha número dois — esquecer a eficiência. 150×106/1 500=100 000 m2150\times10^{6}/1\,500 = 100\,000\ \text{m}^2, que é a alternativa (D). É a conta de um painel perfeito, que não existe.

Um teste de plausibilidade que fecha a questão: 500 000 m2500\,000\ \text{m}^2 são 0,5 km20{,}5\ \text{km}^2 — meio quilômetro quadrado coberto de painel. Para um parque solar de porte industrial na Bahia, é uma área plausível; 20 000 m220\,000\ \text{m}^2 (dois hectares, um quarteirão) seria pouco demais para 150 MW150\ \text{MW}.

Por que a eficiência é só 20%20\% e isso não é defeito. A luz do Sol chega espalhada em muitos comprimentos de onda e o silício aproveita bem só uma faixa: fótons de energia menor que a banda proibida passam direto, e o excesso dos mais energéticos vira calor. Painéis comerciais ficam entre 15%15\% e 22%22\% — os 20%20\% do enunciado são o número real, não uma simplificação.

A ideia em uma frase: rendimento baixo aumenta a entrada necessária; irradiância transforma potência em área.

Resposta: alternativa B (500 000 m2500\,000\ \text{m}^2).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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