Ambiente & Energia
Introdução
Valentim M B Nunes
Unidade Departamental de Engenharias
Instituto Politécnico de Tomar, Setembro, 2014
Objectivos
Aquisição de competências nas seguintes áreas: Compreensão
das relações energia - ambiente numa perspectiva de
sustentabilidade energética; Análise dos principais sistemas de
produção, conversão e armazenamento de energia;
Programa
Componente teórica:
Parte I (Valentim Nunes): Introdução. O uso da energia nas sociedades modernas e
impacto ambiental. Recursos de energia: primária, secundária e final. Energia e o
ambiente: efeito de estufa, camada de ozono e chuvas ácidas. Estatísticas energéticas
globais e situação em Portugal. Sistemas de conversão de energia. Princípios
termodinâmicos de conversão de energia. Ciclos térmicos: ciclo de Carnot, Rankine e
Brayton. (18H)
Parte II (Paulo Coelho): Armazenamento e transmissão de energia. Transformação
eletromecânica de potência. Transmissão de energia. Conversores AC/DC.
Propriedades dos sistemas de armazenamento de energia. Energias renováveis.
Energia eólica. Energia hídrica e mini-hídrica. Sistemas solares térmicos e
fotovoltaicos. Energia geotérmica e dos oceanos.(16H)
Parte III (Henrique Pinho): Bioenergias. Produção de combustíveis a partir da
biomassa. Biogás, bioetanol e biodiesel. Aspetos ambientais.(16H)
Componente prática:
Resolução de problemas de aplicação e análise de casos de estudo.
Método de avaliação/Bibliografia
Mini teste e/ou trabalhos de síntese (70%) e avaliação da Assiduidade e
Pontualidade, Iniciativa e Autonomia, Relações Interpessoais/Trabalho em
equipa, Participação e Capacidade de Auto-Avaliação (30%) de acordo com
as regras do Programa Vida Ativa.
Fay, J., Golomb, D.S., Energy and the Environment, Oxford University Press
and Open University, Oxford, UK, 2004
Rui Castro, Uma Introdução Às Energias Renováveis: Eólica, Fotovoltaica e
MiniHídrica, IST PRESS, 2ª ed., 2013.
Soetaert, W., Vandamme, E., Biofuels, Wiley-VCH, 2009
Energia, Civilização e o Ambiente
As sociedades modernas são caracterizadas por um consumo substancial de
combustíveis fósseis e nucleares necessários para o funcionamento das infraestruturas das quais estas sociedades dependem: produção de alimentos e água
potável, vestuário, habitação, transporte, comunicações, e outros bens e serviços
essenciais à actividade humana.
A quantidade de energia utilizada e a concentração da sua utilização em áreas
urbanas, causaram impactos ambientais, como a degradação da qualidade da água,
ar, e ecossistemas à escala local e regional, bem como efeitos adversos na saúde das
populações humanas.
Fay, J., Golomb, D.S., Energy and the Environment, Oxford University Press and Open
University, Oxford, UK, 2004
Mas…..
A nossa vida depende da produção, conversão, transporte e
armazenamento de energia!!
Recursos de energia: primária, secundária e final
A fonte de energia primária, também conhecida por fonte de energia natural, é uma
fonte de energia que existe em forma natural na natureza e pode gerar energia de
forma directa, destas destacam-se o carvão mineral, o petróleo e o gás natural, a
energia hídrica, solar e eólica, de biomassa, oceânica e geotérmica. As fontes de energia
podem classificar-se em renováveis e não renováveis. As fontes de energia renováveis
são uma infinita fonte geradora mesmo que sejam utilizadas pelo Homem, possuindo a
capacidade de se regenerar naturalmente. Por exemplo a energia solar, hídrica e eólica,
de biomassa, oceânica e geotérmica. Quanto às fontes de energia não renováveis,
como o combustível petroquímico e nuclear, são formadas no subsolo a partir de restos
de animais e plantas que demoraram milhões de anos até se transformarem em
combustível. Estes não podem ser recuperados rapidamente e as suas quantidades
tornam-se cada vez mais reduzidas com o consumo por parte do homem.
As fontes de energia secundárias são transformadas a partir das fontes de energia
primárias, como por exemplo a energia eléctrica, gasolina, gasóleo, alcatrão, carvão
mineral, vapor, entre outros.
Energia final designa a energia tal como é recebida pelo utilizador nos diferentes
sectores, seja na forma primária, seja na secundária.
Conceitos fundamentais
Uma das principais leis da natureza é o princípio de conservação da energia.
Durante uma interacção a energia pode mudar de forma, mas a quantidade total
permanece constante, ou seja, a energia não pode ser criada ou destruída.
Existem vários sistemas de unidades. Continuam a existir dois sistemas muitos
comuns na prática: O sistema USCS (United States Customary System) e o SI (Sistema
Internacional). O SI é um sistema simples e lógico baseado na relação decimal entre
as diversas unidades e é utilizado em trabalho científico e de engenharia na maior
parte das nações industrializadas. Os Estados Unidos são a única nação
industrializada ainda não totalmente convertida ao SI!
Força, energia e potência
No SI a unidade de força é o newton (N)
1 N  1 kg.m.s2
O trabalho, que é uma forma de energia, pode ser definido como
força x distancia, tendo portanto a unidade N.m a que se chama
joule (J)
1J 1 N  m
No sistema inglês a unidade de energia é o Btu (British Thermal Unit)
1 Btu  1.055 kJ
O trabalho realizado por unidade de tempo denomina-se por potência.
A Unidade SI de potência é o Watt, W.
1 W  1 J/s
Existem outras Unidades de Potência: CV, hp, erg/s, Btu/h, Cal/h……
Contabilidade Energética
Para efeitos de contabilidade energética é necessário converter para a mesma
unidade os consumos e/ou produções de todas as formas de energia.
A unidade usualmente utilizada para o efeito é a tonelada equivalente de petróleo
que, como o nome indica, é o conteúdo energético de uma tonelada de petróleo
indiferenciado.
A unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades é o Joule (J).
A relação entre as duas unidades é: 1 tep = 41.86 x109 J
No caso da energia eléctrica, usualmente contabilizada em "kilowatt hora" (kWh), a
relação entre as duas unidades é a seguinte: 1 tep = 11 628 kWh