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Apostila 3 – Matriz energética

IFSC – Joinville – Disciplina de eficiência energética – IV Módulo Eletroeletrônica. Prof. Roberto Sales. Página 1

DISCIPLINA – EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

CURSO ELETRO-ELETRÔNICA

IV Módulo – Concomitante


2012



Matriz energética

A matriz energética mostra a oferta ou consumo de energético de uma industrial, região ou país. O objetivo é avaliar como estão oferta e consumo dos energéticos, sua disponibilidade e seu custo.

Matriz energética mundial, oferta de energia – 2008 – Fonte: EPE

Matriz energética nacional, oferta interna de energia – 2011 - Fonte EPE



Fatores de conversão de energia



Medidas utilizadas em energia elétrica:

Matriz energética:

Recursos energéticos:



Exemplo 1: Consideremos um consumidor industrial que possui como seus recursos energéticos energia elétrica, óleo diesel e lenha seca nas proporções: Energia elétrica: 95.000 kWh/mês; Óleo diesel: 12.500 l/mês; Lenha seca: 2.500 kg/mês. Valor dos recursos: Energia elétrica – 0,35 R$/kWh; Óleo diesel – 1,80 R$/l; Lenha seca – 5,00 R$/kg. Calcule: 1 - Qual o poder calorífico destes recursos em kcal? 2 - Qual a energia destes energéticos em Joule (J)? 3 – Qual o valor pago por cada energético? 4 – Construir o gráfico comparativo dos recursos energéticos. Solução: 1- Cálculo do poder calorífico destes recursos em kcal. Equivalência do recurso:

Energia elétrica – > 1 kWh = 860 kcal/kWh Energia elétrica = 95.000 kWh/mês * 860 kcal/kWh = 81.700.000 kcal/mês = 81.700.000 kcal/mês Óleo diesel –> 1 l = 8.800 kcal/l Óleo diesel = 12.500 l/mês * 8.800 kcal/l = 110.000.000 kcal/mês Lenha seca –> 1 kg = 4.012kcal/kg Lenha seca = 2.500 kg/mês * 4.012 kcal/kg = 10.030.000 kcal/mês

2- Cálculo da energia destes energéticos em Joule (J)

Equivalência de unidades: Temos que 1 kcal= 4.186 * 10(-6) Joule (J) Logo: Energia elétrica = 81.700.000 * 4.186,8 * 10(-6) = 342,062 GJ/mês Óleo diesel = 110.000.000 * 4.186,8 * 10(-6) = 460,548 GJ/mês Lenha seca = 10.030.000 kcal 4.186,8 * 10(-6) = 41,994 GJ/mês

3 – Cálculo do valor pago por cada energético

Temos que o consumo dos energéticos é: Energia elétrica: 95.000 kWh/mês;

Óleo diesel: 12.500 l/mês; Lenha seca: 2.500 kg/mês.

O valor unitário dos recursos é: Energia elétrica – 0,35 R$/kWh; Óleo diesel – 1,80 R$/l; Lenha seca – 5,00 R$/kg.

Logo Energia elétrica = 95.000 kWh * 0,35 R$/kWh = 33.250,00 R$/mês Óleo diesel = 12.500 l * 1,80 R$/l = 22.500,00 R$/mês Lenha seca = 2.500 kg * 5,00 R$/kg = 12.500,00 R$/mês.



4- Gráfico comparativo dos recursos energéticos

Matriz energética – POR ENERGIA CONSUMIDA

Matriz energética – POR CUSTO EM R$

Exercícios

1- O que é recurso energético? 2- Explique os passos necessários para a montagem de uma matriz energética? 3- Calcule



Solução

4- Calcule

Solução



Podemos observar que o óleo diesel é o recurso energético mais utilizado e com maior despesa, no entanto a energia elétrica tem custo unitário mais elevado.

5- Calcule

Solução

Calculo do equivalente do óleo diesel em kcal,

Como,

Temos que o equivalente ao óleo diesel em energia elétrica (em kcal) é,

Esta é a quantidade de energia elétrica consumida em kcal.



Calculo do consumo de energia elétrica em kWh.

Podemos observar que é inviável economicamente utilizar energia elétrica para a geração de vapor, com óleo diesel são gastos R$ 15.300,00 e com energia elétrica seriam gastos R$ 27.237,45.

Para que a energia elétrica seja viável o seu preço unitário máximo deveria ser de,



Exercícios para prova

Ex. 1 - Um processo térmico utiliza 340 g de GLP com η= 75%. O mesmo processo necessita de 18 minutos com energia elétrica para ser realizado. Responda:

a-) Qual o valor energético do GLP consumido em Joule? b-) Qual a energia elétrica de entrada, em kWh, sendo o rendimento da energia elétrica 90% ? c-) Qual a potência demandada de energia elétrica em kW? d-) Qual é o processo com menor custo? Considere o custo do botijão de 13 kg gás R$ 42,00 e o da eletricidade R$ 0,35/kWh.

Ex. 2 - Um automóvel tem autonomia de 15 km/l de gasolina. O tanque de combustível tem capacidade para 55 litros. Responda:

a-) Quantas kcal o automóvel utiliza para rodar 300 km? b-) Qual é o valor calórico que o automóvel tem capacidade de armazenar no tanque, em kcal e joule?

Ex. 3 - Um processo térmico utiliza 375 g de GLP com η= 70%. O mesmo processo necessita de 21 minutos com energia elétrica (η= 90%) para ser realizado. Pergunta-se:

a-) Qual o processo com menor custo? b-) Qual a potência necessária em kW? c-) Qual o valor energético do GLP consumido em Joule? Considere o custo do botijão de 13 kg gás R$ 48,00 e o da eletricidade R$ 0,47/kWh.

Ex. 4 - Um micro ondas de 1.500 W a plena potência com η= 90%, gasta 10 min. para efetuar um processo de cozimento; Utilizando um processo térmico a GLP, η= 75%, qual é a quantidade de gás gasta para realizar o mesmo processo? Ex. 5 - O que é recurso energético? Ex. 6 - Enumere os quatros passos a serem seguidos para a montagem de uma matriz energética. Ex. 7 - Por que deve ser feita a matriz energética de um sistema? Ex. 8 - Consideremos um consumidor industrial que possui como seus recursos energéticos energia elétrica, óleo diesel e lenha seca nas proporções: Energia elétrica: 95.000 kWh/mês, Óleo diesel: 12.500 l/mês e Lenha seca: 2.500 kg/mês. Valor dos recursos: Energia elétrica = 0,35 R$/kWh, Óleo diesel = 1,80 R$/l e Lenha seca – 5,00 R$/kg. Responda:

a-) Qual o poder calorífico destes recursos em kcal? b-) Qual a energia destes energéticos em Joule (J)? c-) Qual o valor pago por cada energético? d-) Construir o gráfico comparativo dos recursos energéticos em J e R$.



Ex. 9 - Considerando que um determinado dispositivo utiliza 0,25 kg de GLP para aquecer um litro de água com eficiência de 85% qual seria a quantidade de energia elétrica equivalente para realizar o mesmo trabalho? Rendimento do dispositivo elétrico η = 90% Ex. 10 - Um processo térmico consome 13 kg de gás em 3 meses com η= 87%. Substituindo-o por um sistema elétrico cujo rendimento é η = 90%. Responda:

a-) Qual a quantidade de energia elétrica em kWh equivalente para realizar o mesmo trabalho? b-) Qual é o custo da E.E. se a tarifa é de 0,35 reais por kWh? c-) Qual o processo de menor custo, se o gás custa R$ 48,00 o botijão de 13 kg?

Ex. 11 - Um botijão de gás GLP de 13 kg é utilizado por 2 meses em uma residência com η = 80%, sendo a tarifa de energia elétrica de R$ 0,54 kWh, o rendimento do processo com energia elétrica é de η = 95% e o custo do gás de R$ 48,00 o botijão. Tempo de uso = 5h/dia, 22 dias/mês. Responda:

a-) Qual o equivalente em energia elétrica, em kWh, que seria necessário para substituir o GLP? b-) Qual seria o custo em energia elétrica? d-) Qual a potência em necessária em kW para realizar o processo? c-) O processo de mudança de tecnologia para cozimento seria viável?

Ex. 12 - Considerando o Ex. 10, para reduzir o tempo do processo em 50% com energia elétrica responda:

a-) Qual deve ser o valor da nova potência demandada? b-) Qual o valor do custo com energia elétrica? c-) É mais barato? Explique sua resposta.

Ex. 13 - Duzentos gramas de gás são utilizados em um processo térmico por 40 minutos com η = 70 %. O mesmo processo necessita de 18 minutos para ser realizado com energia elétrica. Responda:

a-) Qual a potência necessária em kW para realizar o processo, considere o rendimento do processo com energia elétrica de η = 90 %? b-) Qual o processo com menor custo? Considere o custo do gás e da eletricidade do exemplo 30.

Ex. 14 - Uma fábrica possui um sistema de geração de calor a óleo diesel com η = 52 % que consome 5.530 litros/mês. O custo do óleo é de R$ 2,05/litro. Para aquecimento de água é utilizado um equipamento elétrico cuja demanda é de 63 kW que consome por mês 23.550 kWh. O custo da energia elétrica é de R$ 0,35/kWh. Com estes dados responda:

a-) Qual é o valor da energia do óleo diesel em kcal e Joule? b-) Qual é o valor da despesa com óleo diesel? c-) Qual é o valor da energia elétrica em kcal e Joule? d-) Qual é o valor da despesa com energia elétrica? e-) Elabore a matriz energética do consumo e a matriz energética das despesas da fábrica e diga qual é o recurso energético mais consumido e qual é o recurso energético de maior custo?



Ex. 15 - Considerando o ex. 14 responda:

a-) Qual seria o equivalente em energia elétrica para substituir o óleo diesel na geração de calor? Considere um sistema elétrico com η = 90 % b-) Qual o custo com energia elétrica? c-) Qual o processo com menor custo segundo seus cálculos?

Bibliografia:

Sória, A. F. e Filipini, F. A. Eficiência Energética, Base editorial, 2010.

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