conservacao energia

7182019 Conservacao Energia

httpslidepdfcomreaderfullconservacao-energia-56977b3cbc9e1 132

FCM 0410 Fiacutesica para Engenharia Ambiental

Conservaccedilatildeo da Energia

Prof Dr Joseacute Pedro Donoso

Universidade de Satildeo PauloInstituto de Fiacutesica de Satildeo Carlos - IFSC



Agradescimentos

O docente da disciplina Jose Pedro Donoso gostaria de expressar

o seu agradecimento a Flaacutevia O S de Saacute Lisboa pelo auxiacutelio na

montagem da paacutegina web da disciplina

Parte das figuras utilizadas nos slides foram obtidas do texto

rdquoFisica rdquo de PA Tipler e G Mosca atraveacutes do acesso agraves paginas

para os professores das editora LTC (Livros Teacutecnicos e Cientiacuteficos)



copy2008 by WH Freeman and Company

Montanha russa




Garrafa caindo energia potencial e energia cineacutetica




Energia potencial elaacutestica




Exemplo conservaccedilatildeo de energia




Conservaccedilatildeo de energia num pecircndulo




Conservaccedilatildeo de energia bloco empurrando uma mola




Salto de Bungee - jump







Energia potencial e Equiliacutebrio




Escorregador conservaccedilatildeo de energia levando em consideraccedilatildeo o atrito









Em ordem crescente de energia o espectro inclui as ondas de raacutedio a radiaccedilatildeoinfravermelha a luz visiacutevel a luz ultravioleta os raios-X e osraios γ A radiaccedilatildeo

Infravermelha compreende os raios de comprimentos de onda maiores do que os

da luz visiacutevel e que satildeo notados por sua accedilatildeo caloacuterica

Espectro eletromagneacutetico



O calor que sentimos ao aproximar uma

matildeo de uma lacircmpada incandescente eacute

essencialmente um resultado de

radiaccedilatildeo infravermelha emitida pelo

filamento incandescente e absorvida

pela matildeo Todos os objetos emitemradiaccedilatildeo eletromagneacutetica (chamada de

radiaccedilatildeo teacutermica ) por causa de sua

temperatura

Cada segundo a Terra recebe 179 times 1017 J deenergia mas menos da metade chega agrave superfiacutecie

Quando a radiaccedilatildeo solar encontra a atmosferaterrestre 25 desta radiaccedilatildeo satildeo refletidos devolta para o espaccedilo outros 25 satildeo absorvidospelos gases da atmoacutesfera e a superfiacutecie da Terra

reflete 5



Geraccedilatildeo e consumo de energia no Brasil

Matriz de geraccedilatildeo de energia no Brasil81 hidroeleacutetrica

16 termoeleacutetrica

sim2 nuclear

Consumo de energia

setor industrial 43 do consumo total

setor residecircncial 27comercial por 15

outros setores por 15

As usinas termoeleacutetricas e muitas plantas industriais utilizam gaacutes natural

como combustiacutevel O Brasil importa da Bolivia aproximadamente a metade do

gaacutes que consume Satildeo 24 milhotildees de metros cuacutebicos de gaacutes natural por dia

atraveacutes de um gasoduto de 3150 kilometros de extensatildeo comenccedilou a operar

em julho de 1999



Transiccedilatildeo da matriz energeacutetica

983283983148983141983151

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983139983137983154983158983267983151

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983088983084983088983088983090

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983143983265983155983088983084983088983095983093

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cenaacuterio atual

Slide fornecido pelo

Prof Paulo Seleghim (EESC)




histoacuteria e perspectivas para 2100

Slide fornecido pelo Prof Paulo Seleghim (EESC)



Energia Solar

A radiaccedilatildeo solar no espaccedilo interestelar eacute de 1353 Wm2 chamada de constante

solar A energia que atinge o solo da Terra eacute menor por causa da absorccedilatildeo na

atmosfera A quantidade de radiaccedilatildeo solar por unidade de aacuterea que atinge um pontoespeciacutefico da Terra depende da latitude da declinaccedilatildeo e da estaccedilatildeo do ano

A transmissatildeo da energia solar para a Terra se daacute por meio de radiaccedilatildeoeletromagneacutetica sendo que 97 da radiaccedilatildeo solar estaacute contida na regiatildeo visiacutevel einfravermelho do espectro eletromagneacutetico A tabela indica a fraccedilatildeo da radiaccedilatildeo

solar e a quantidade de radiaccedilatildeo em cada regiatildeo do espectro A soma das energiasem cada regiatildeo daacute os 1353 Wm2 da constante solar

61864095Energia

(em Wm2)

46477Fraccedilatildeo

λ ge 078 microm038 le λ le078microm

λ lt 038 micromComprimentode onda

Infravermelho Visiacutevel Radiaccedilatildeo

ultravioleta





ldquoSolar Engineering of thermal processesrdquo JA Duffie e W Beckman (Wiley 1980)



O Brasil apresenta um oacutetimo iacutendice de radiaccedilatildeo solar principalmente no Nordesteonde possui valores tiacutepicos entre 1752 kW-hm2 e 2190 kW-hm2 Por este motivo

a energia solar esta sendo cada vez mais empregada no paiacutes para aquecimento

de aacutegua

Conforme os levantamentos de consumo de energia eleacutetrica o setor residencial

responde por 24 do consumo total no paiacutes e dentro desse setor o aquecimento

de aacutegua tem participaccedilatildeo de 26 Desta forma o aquecimento de aacutegua eacute

responsaacutevel por 6 de todo o consumo nacional de energia eleacutetrica

A forma predominante de aquecimento de aacutegua no Brasil eacute o chuveiro eleacutetrico o

qual possui alta eficiecircncia e baixo desperdiacutecio Mais apesar do baixo custo do

aparelho o uso do chuveiro representa um elevado investimento para as

concessionaacuterias (em torno de US$ 900 por chuveiro instalado) considerando

apenas os investimentos na geraccedilatildeo



Os coletores solares usados em sistemas deaquecimento de aacutegua satildeo caixas contendo

uma superfiacutecie de vidro e um sistema de

tubulaccedilotildees de cobre (bom condutor teacutermico)

O coletor absorve a radiaccedilatildeo solar eaquece a aacutegua que circula pela

tubulaccedilatildeo Esta aacutegua quente (60o a 90o

C) eacute armazenada num reservatoacuterio

teacutermico cujas paredes estatildeo recobertas

por um material termicamente isolante







Aplicaccedilatildeo

Considere um coletor solar de placas planas no Estado de S Paulo que recebe

uma radiaccedilatildeo solar meacutedia por unidade de aacuterea de 630 Wm2 durante 8 horas por diaa) Determine a energia disponiacutevel por unidade de aacuterea por dia

b) Considerando que a eficiecircncia do coletor eacute de 30 qual a energia efetivamentedisponiacutevel

c) Determine a energia necessaacuteria (Q = mC ∆T ) para aquecer 100 litros de aacutegua doreservatoacuterio de 25o a 75o C A capacidade caloriacutefica da aacutegua C = 4190 Jkg-oC

d)Qual a aacuterea do coletor solar a ser instalado para aquecer os 100 litros de aacutegua



e) Considerando que os chuveiros eleacutetricos contribuem para um consumoresidencial de sim 100 kW-h ao mecircs qual a aacuterea do coletor solar necessaacuterio parasuprir esta energia Compare sua resposta com a do item (d)

f)A placa de coletor solar comercial tiacutepico tem cerca de 2 m2 de aacuterea Qual a

potecircncia incidente num coletor de 2 placas Qual a potecircncia coletada (eficiecircncia =30)

g) Qual o tempo exigido para aquecer os 100 litros de aacutegua

h) Faccedila uma avaliaccedilatildeo da economia anual de energia eleacutetrica e comente a

viabilidade e a competividade do investimento do aquecedor solar

Respostas (a) 181 times 107 Jm2 (b) 543 times 106 Jm2 (c) 21 times 107 J (d) 39 m2 (e) 25

m2

(f) 25 times 103

W e 756 W (g) 77 horas (h) Os chuveiros representam 20 a 25 doconsumo residencial Numa conta de R$ 160 por mecircs a economia pode chegar a

cerca de R$ 500 ao ano nos preccedilos atuais



Energia primaacuteria no mundo

Perspectivas Prof Luiz Pinguelli RosaScientific American 32 (Brasil 2009)



Energia cineacutetica de uma coluna de vento

V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===

Fluxo de ar atraveacutes da coluna

Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=

A taxa com que a energia eacute transferidafornece a potecircncia P

( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=

RA Serway JW JewettPrinciacutepios de Fiacutesica (Thomson 2004)



AplicaccedilatildeoQual a potecircncia fornecida por um gerador

eoacutelico se a velocidade do vento for 10 ms Ocomprimento das paacutes eacute R = 40 m Considere

uma eficiecircncia de 17

Soluccedilatildeo

Aacuterea do catavento A = πR 2 = 5times103 m2

Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ

Potecircncia disponivel 017(3) asymp 05 MW

Potecircncia gerada por outras fontes de energia

Uma usina Termoeleacutetrica gera 150 MW Seriam necessaacuterias 300 geradoreseoacutelicos para competir com a potecircncia gerada por uma Termoeleacutetrica Um reator

nuclear gera 1 GW e uma tonelada de carvatildeo gera apenas 170 kW

RA Serway JW Jewett Princiacutepios de Fiacutesica (Thomson 2004)



Referecircncias bibliograacuteficas

bullFiacutesica Resnick Halliday Krane (Editora LTC 1996)bullFiacutesica Baacutesica para Arquitetura Joseacute de Lima Acioli (Editora UnB 1994)

bullFundamentos da transferecircncia de calor e de massa Incropera amp de Witt

bullTransferecircncia de calor MN Ozisic

bullFiacutesica P Tipler (Editora LTC 2000)

bullFiacutesica RA Serway (Editora LTC 1996)

bullTransferecircncia de Calor JP Holmen (McGraw-Hill 1983)

bullChemistry Brown ndash LeMay ndash Burnsten Chap 18 7a ediccedilatildeo (1997)bullEnvironmental Physics E Boeker R Van Grondelle (Wiley 1995)

bullEnergy and environment EH Thorndike (1978)

bullSolar Engineering of thermal processes JA Duffie e W Beckman (Wiley 1980)

bullLevantamento dos Recursos de Energia Solar no Brasil FR Martins EB PereiraMP Souza Echer Revista Brasileira Ensino de Fiacutesica 26 145 (2004)

bullEnergia Solar Ricardo Aldaboacute (Editora Artliber Satildeo Paulo 2002)

bullFiacutesica Ferraro Penteado Soares Torres (Ed Moderna 2005)



Agradescimentos

O docente da disciplina Jose Pedro Donoso gostaria de expressar

o seu agradecimento a Flaacutevia O S de Saacute Lisboa pelo auxiacutelio na

montagem da paacutegina web da disciplina

Parte das figuras utilizadas nos slides foram obtidas do texto

rdquoFisica rdquo de PA Tipler e G Mosca atraveacutes do acesso agraves paginas

para os professores das editora LTC (Livros Teacutecnicos e Cientiacuteficos)




Montanha russa

























































temperatura



reflete 5






sim2 nuclear

Consumo de energia








em julho de 1999




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cenaacuterio atual










Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ
























Montanha russa

























































temperatura



reflete 5






sim2 nuclear

Consumo de energia








em julho de 1999




983283983148983141983151

983088983084983091983093983088

983143983265983155

983088983084983090983088983092

983139983137983154983158983267983151

983088983084983090983092983094

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983088983084983089983088983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983088983090983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983094983091 983151983157983156983154983137983155

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983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

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983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983089983091 983151983157983156983154983137983155

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983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983138983154983137983155983145983148983141983145983154983137

cenaacuterio atual










Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ













































































temperatura



reflete 5






sim2 nuclear

Consumo de energia








em julho de 1999




983283983148983141983151

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983143983265983155

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983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983088983090983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983094983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983149983157983150983140983145983137983148

983283983148983141983151

983088983084983092983091983088

983143983265983155983088983084983088983095983093

983139983137983154983158983267983151983088983084983088983094983095

983138983145983151983149983137983155983155983137

983088983084983090983096983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983089983091983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983089983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983138983154983137983155983145983148983141983145983154983137

cenaacuterio atual










Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ


























sim2 nuclear

Consumo de energia








em julho de 1999




983283983148983141983151

983088983084983091983093983088

983143983265983155

983088983084983090983088983092

983139983137983154983158983267983151

983088983084983090983092983094

983138983145983151983149983137983155983155983137

983088983084983089983088983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983088983090983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983094983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983149983157983150983140983145983137983148

983283983148983141983151

983088983084983092983091983088

983143983265983155983088983084983088983095983093

983139983137983154983158983267983151983088983084983088983094983095

983138983145983151983149983137983155983155983137

983088983084983090983096983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983089983091983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983089983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983138983154983137983155983145983148983141983145983154983137

cenaacuterio atual










Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ
























983283983148983141983151

983088983084983091983093983088

983143983265983155

983088983084983090983088983092

983139983137983154983158983267983151

983088983084983090983092983094

983138983145983151983149983137983155983155983137

983088983084983089983088983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983088983090983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983094983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983149983157983150983140983145983137983148

983283983148983141983151

983088983084983092983091983088

983143983265983155983088983084983088983095983093

983139983137983154983158983267983151983088983084983088983094983095

983138983145983151983149983137983155983155983137

983088983084983090983096983092

983144983145983140983154983265983157983148983145983139983137

983088983084983089983091983089

983150983157983139983148983141983137983154

983088983084983088983089983091 983151983157983156983154983137983155

983088983084983088983088983090

983149983137983156983154983145983162 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983137 983138983154983137983155983145983148983141983145983154983137

cenaacuterio atual










Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ




























Energia Solar






61864095Energia

(em Wm2)





ultravioleta










de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

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21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ






























de aacutegua


























Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ





































Aplicaccedilatildeo















m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ






























m2

(f) 25 times 103










V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

∆=

=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ




























V vVvmv E )(2

212

212

21 ρ ρ ===


Avt

x A

t

x A

tempo

VolumeFluxo =

∆

∆=

∆

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=


( )( ) Av Avvtempo

Volume

Volume

EnergiaP

3

212

21 ρ ρ ==

=







Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ


























Soluccedilatildeo


Potecircncia

( )( )( ) MW AvP 3101052133

213

21 =times== ρ





















conservacao energia

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