01 energia overview

Não renovável

ENERGIA OVERVIEW

FormasFontes

ConceitosFurukawa - IFUSPYamamura - FUNDUNESP

O que o move?

Energia

Não tem peso nem cor... ...tampouco cheiro!

Mas pagamos por ela!

Não podemos vê-la diretamente...

... Mas podemos percebê-la nas mudanças e transformações por

ela produzidas.

A energia esta envolvida em todas as ações que ocorrem no Universo.

enérgeia

ENERGIA

Capacidade de um agente para realizar

trabalhoProdução de

movimento contra uma resistência

Origem da palavra ENERGIA

Energia é habilidade para realização de certo trabalho.

IluminaçãoCrescimento AquecimentoMovimento

Comunicação

A Energia pode se tornar presente sob diversas formas

Energia Radiante ou

Luminosa

Energia Química

Energia Mecânica•Potencial Gravitacional•Cinética

Energia InternaEnergia Elétrica

Energia NuclearEnergia Eólica

Em ação, a energia se transforma de uma forma em outra.

Exemplo

Conversores

mecanismos,

naturais ou inventados,

transformam energia

de uma forma para outra.

Processo natural de conversão de energia.FOTOSÍNTESE

6CO2 + 6H2O + Radiação solar = 6[CH2O] + 6O2

Corpúsculo portador de clorofila existente no

interior de células das folhas.

Processo da Fotosíntese

Estrutura Organizada

Pirâmide alimentar e transformações de energia

Uma breve frisa do tempo

11,8 bilhões de ano

1a molécula organica: transformação de energia solar em energia química

Conversores de Energia

2.500 a. C - Barco a vela100 a. C – Moinho hidráulico950 D.C – Moinho de vento

1769 – Máquina vapor1800 – Pilha elétrica

1814 – Locomotiva a vapor1827 – Turbina hidráulica

1831 – Indução eletromagnética1866 – Dinamo

1878 – Lampada incandescente1882 – Central hidroelétrica

1884 – Turbina a vapor1893 – Motor diesel

1933 – Fissão nuclear1953 – Célula fotovoltaica

Buscar: Hot Big Bang

Lei da Conservação da Energia1o Princípio da Termodinâmica

O uso da energia implica em transformá-la

de uma forma para outra...

Energia total antes da explosão =

Energia total após a explosão

porém ela, a energia, não é criada nem destruida.

Sejam quantas forem as transformações, a quantidade total de energia no Universo permanece constante.

As transformações não alteram a quantidade de energia do Universo. Embora permaneça inalterada, ...

... em cada transformação, a parcela da energia disponível torna-se cada vez menor.

2o Princípio da Termodinâmica

Na maioria das transformações parte da energia converte em calor...

... que ao se dissipar caoticamente pela vizinhança torna-se , cada vez menos disponível, para realização

de trabalho.

A energia total do Universo não muda, mas a parcela disponível para realização de trabalho, torna-se cada vez menor.

Fontes de energia

Fontes Primárias

Recursos enérgéticos disponíveis na natureza ou que dela podem

ser obtidos de forma direta.

Ex. PETRÓLEO

Transformação

Fontes Secundárias

Produtos energéticos oriundos de Fontes Primárias mediante processo de transformação.

Ex. ÓLEO DIESEL

Fontes Primárias de Energia

PetróleoGás Natural

Carvão mineralMinério de Urânio

Biomassa

SolVento

Hidráulica

Fontes Não Renováveis•Milhões de ano para a formação

•Suprimento limitado

Fontes RenováveisRecompostas em curto espaço de tempo

Renováveis

Recursos que se recuperam

cíclica e naturalmente.

Solares

Várias formas: biomassa; hídraulica; eólica; solar direta; solar fotovoltaica; ondas marítimas.

Não solaresMecânica: marés.Calor: geotérmica.Processos nucleares por fusão.

Não renováveis

Recursos que se esgotam

com o uso.

Solares

Gasosa: gás natural.

Líquida: petróleo cru.

Sólida: petróleo pesado; areia betuminosa; xisto; série lignocelulósica (turfa, linhito, hulha ou carvão e antracito).

Não solares Combustíveis nucleares.

Fontes secundárias de energia

Petróleo

GasolinaÓleo combustívelGLPÓleo Diesel...

Centro de Transformação

Refinarias

Cana de

açucar

Fonte Primária Fonte Secundária

Destilarias AçucarAlcool

Bagaço

Energia Primária, Secundária e Final

Fonte Primária

Energia Primária

Fonte Secundária

Energia Secundária

Centro deTransformação

Centro de Transformação

ConversorEnergia útil Energia Final

Energia Renovável

Hidroeletricidade Produzida a partir da Energia Potencial Gravitacional da água

Energia da biomassa Proveniente da combustão ou de combustível extraido de detritos animais e vegetais (madeira, óleo vegetal, etc)

Energia solar Capturada da radiação solar.Coletores solares. Células solares transforma energia solar diretamente em energia elétrica.

Energia eólica Gerada pelo vento

Energia geotérmica Uso do calor do planeta Terra

Energia maremotriz Capturada das marés

Obtidas de fontes primárias renovavéis

Central Hidroelétrica

Potência: 12.600 MW

Reservatório:1.350 km2

Comprimento: 1.234 m

Altura: 196 m

Vazão diária média: 12.370 m3/s

ITAIPU

Energia não renovável

Combustíveis fósseis

Oleo CombustívelOleo DieselGasolinaPropanoGás NaturalCarvão Mineral

Combustíveis nucleares

Urânio

Plutônio

Usina nuclear

Central Termoelétrica

Ciclo combinadoCogeração

Elementos Balanço Energético - Esquema sistema fechado

Centro de

Transformação

EnergiaPrimária

EnergiaSecundária

Energia Final

Ponto vista Setor Energético

Energia útil

Força motrizCalor de ProcessoAquecimento DiretoIluminaçãoEletroquímicaOutros

Transformação direta

PerdasTransformação

PerdasUso final

Conversor

PerdasConversão

Elementos Balanço Energético Esquema aberto

Medidas de energia

Transformações e

Transferência de Energia

Finalidade da transformação

Forma pela qual a energia é transferida

Unidade de medida

Mecânica Trabalho = Fx · x Joule (J)

Aquecimento Calor Caloria (cal)

1 JEnergia envolvida para

erguer, de 1 m, um corpo de

aproximadamente 100 grama.

1 calQuantidade de calor que aquece

1 grama de água de 1oC.

Outras Unidades

Equivalências – 1a Lei

1 Btu 1.053 J 252 cal

1 cal 4,18 J

1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal

1 kWh 3,6 MJ 860 kcal

1 eV 1,6 x 10-19 J

Unidade de Energia Equivalências

Padrão usado nos balanços energéticos

Teptonelada equivalente de petróleo

É o poder calorífico superior médio – PCS – do petróleo brasileiro cujo valor é

10.800 kcal/kg 

1 tep brasileiro = 10.800 Mcal

1 tep standard = 10.000 Mcal

Poder calorífico dos combustíveis

Energia liberada pela combustão completa de 1 kg (ou 1 m3 normal)

Poder Calorífico SuperiorPCS

Leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição

Poder Calorífico InferiorPCI

Não leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição

PCS e PCI

Gás

Combustível

PCI

(kcal/kg)

PCS

(kcal/kg)

Gás Natural Campos 14.600 16.200

Gás Natural Santos 14.400 16.000

Gás Natural Bolivia 14.900 16.500

GLP 11.000 12.000

Hidrogênio 28.500 33.900

Metano 11.900 13.300

Propano 11.000 12.000

CombustívelSolido e liquido

Contéudo energético ( kcal/kg)

Carvão seco 7.000

Turfa 882

Gasolina 9.600

Petroleo Br 10.800

Urânio 19.000x106

Madeira 3.500

Alcool hidratado 6.800

Perdas

ConversorEnergiaFinal

EnergiaÚtil

Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i]

i = energético j = uso final

Eficiência da conversão para cada setor

depende:• do energético e• do uso final.

EF = EU + Perdas

Lei da Conservação1a Lei Termodinâmica

Balanço de Energia Util e Energia Final

SetorResidencialIndustrialTransporte...

Eficiência na conversão

Uso FinalCalor de processoForça MotrizIluminação....

Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i]

i = energético j = uso final

Energético (i) Uso (j) Eff

Gás Natural Calor 50%

Gás Natural Motriz 25%

Eletricidade Calor 95%

Eletricidade Motriz 75%

SetorResidencial

A Energia Util, por setor, depende de como a Energia Final se distribui pelo setor, e da eficiência de cada uso.

E.U [i,j] = Eff [i,j] x E.F [i]

Motriz Calor Outros Motriz Calor Outros Motriz Calor Outros Total

Gás Natural 5000 0,20 0,80 0 0,25 0,50 - 250 2000 0 2250

Eletricidade 4000 0,40 0,25 0,35 0,75 0,95 0,3 1200 950 420 2570

Outros 8000 0 0,98 0,02 - 0,10 0,025 0 784 4 788

Total 17000 1450 3734 424 5608

E.Final

EF(i)Distribuição por uso

D(i,j)

Eficiências/Rendimentos

Eff(i,j)

Energia útil

EU(i,j)

E.Util

EU(i)

Exemplo simplificado Setor residencial

Balanço da energia útil

Valores em tep

1.- Vantagem: considera os rendimentos nos diferentes usos

2.- Inconveniencia: como o rendimento depende do uso, a totalização não traduz a potencialidade do enérgético.

Fontes Alternativas de Energia

Energia Solar

Energia Eólica

Biomassa

PCH’s

Mare-Motriz

Células Combústivel

Energia Solar

Aquecimento de

edifícios

Sistema Passivo

Sistema Ativo

Coleta e transporta calor por meios naturais

Usa dispositivos e equipamentos mecânicos para transportar calor

Termo Solar

RadiaçãoConvecçãoCondução

Produção de

eletricidade

Solar Fotovoltáico

Efeito Fotovoltáico Radiação solar diretamente em eletricidade

Potmax = ½ dAv³

Energia eólica

d = massa específica do arA = secção tubo vento = πR2

v = velocidade vento

Captada por sistema de hélices, a energia eólica é

transformada em eletricidade nos aerogeradores.

PCH Pequena Central Elétrica

PCH’sGeração de eeletricidade de

baixo impacto no ecossistema.

Potência entre 1 e 30 MW

Primeira Usina Maremotriz - 1966Estuário do rio Rance – FrançaDiferença de altura média: 8,2 m Potencia: 240 MW

Energia Maremotriz

As marés que animam os oceanos é fonte de energia mecânica, limpa e

inesgotável que pode ser captada por turbinas para gerar eletricidade.

Células CombustívelBaterias (pilhas) que convertem energia química diretamente em energia elétrica e

térmica, elas possuem uma operação contínua graças a alimentação constante de um combustível, o Hidrogênio.

Biogás

Equivalências Energéticas:

1 m 3 de Biogás = 6.000 Kcal - é equivalente a:

1,7 m3 de Metano

1,5 m3 de Gás de Cidade

0,8 L de Gasolina

1,3 L de Álcool

2 Kg de Carboneto de Cálcio

0,7 L de Gasóleo

7 Kw h de Eletricidade

2,7 Kg de Madeira

1,4 Kg de Carvão de Madeira

0,2 m3 de Butano

0,3 m3 de Propano 

Biodiesel

matéria-prima em diversos ramos da indústria

cosméticos, remédios e explosivos.

Fonte PrimáriaSoja, girassol, mamona, algodão, amendoin, etc

UsoMotores de veículos

Geração de eletricidade (bioeletricidade)

Fonte SecundáriaÓleos vegetais respectivos

Reação com álcoolcatalisador

Biodísel, o “diesel natural”

Poder calorífico

9.500 kcal/kg

Cana de açucar

O etanol combustível é composto, aqui no Brasil, de 96% de etanol e 4% de

água.Aparece na nossa gasolina, como substituto do chumbo, com 22%,

formando o chamado gasool.

Etanol – Álcool Etílico

C2H5OH

Bagaço

Cogeração

Calor

Eletricidade

Boa Prova!