Disciplina: ENERGIA E BIOENERGIA
Energia. Conceito.
Origem e interação entre as fontes e formas de energia.
Conversão de energia. Unidades de energia.
Prof. Dr. Eduardo Di Mauro
Departamento de Física, CCE, UEL.
O QUE É ENERGIA?
O sol: fonte primária de energia.
A energia solar é responsável por praticamente todos os
processos naturais observáveis no planeta Terra.
Da energia eólica associada a furações à energia térmica
no solo dos desertos ardentes, da energia cinética nas águas
de um rio caudaloso à energia potencial presente no vapor de
água nas nuvens, da energia elétrica em uma tempestade de
raios à energia hidrelétrica, da energia fóssil à renovável, da
energia que as plantas usam para crescer até a que usamos
para viver, todas têm por fonte primária a energia solar.
UNIDADES DE ENERGIA
Unidade
Símbolo
Equivalência
joule
J
= 1 N.m = 1 kg.m².s-2
erg (cgs)
erg
= 10-7 J
hartree (au)
Eh
~ 4,359 75 x 10-18 J
rydberg
Ry
~ 2,179 87 x 10-18 J
elétron-volt
eV
~ 1,602 18 x 10-19 J
caloria termoquímica
calth
= 4,184 J
caloria internacional
calIT
= 4,1868 J
caloria a 15 oC
calIT
~ 4,1855 J
atmosfera-litro
atm-l
= 101,325 J
British Thermal Unit
Btu
= 1055,06 J
Tipos principais de energia
• Energia física
Energia hidráulica e mecânica (qualquer esforço para movimentar ou erguer um objeto)
Energia cinética e dinâmica (dos corpos)
• Energia química
Energia da combustão;
Energia de células fotoelétricas e fotovoltaicas;
Energias das reações químicas.
• Energia elétrica
Energia da movimentação de elétrons gerados por campo elétrico.
• Energia atômica
Energia da divisão do átomo – Fissão.
Energia proveniente da fusão dos átomos.
ENERGIA HIDRÁULICA
A energia das quedas d’água se
expressa sob a forma de energia
mecânica, que impulsiona as
turbinas hidráulicas das usinas
hidrelétricas,
cujo
trabalho
disponível aciona os geradores
que geram energia elétrica.
Primeiro ciclo de transformação:
Energia solar é que produz a energia
hidráulica das quedas d’água, cuja
origem é a conjugação da energia
gravitacional da Terra atuando sobre as
águas e a energia solar incidente sobre as
superfícies líquidas originando os rios, que
represados, tornam-se uma “fonte” de
aproveitamento econômico da energia
hidráulica.
Formas de energia
Primeiras formas de energia:
Esforço muscular (homem e animais), energia eólica (vento) e energia
hidráulica (correnteza das águas).
Com a revolução industrial na segunda metade do século XVIII e no século XIX:
Máquinas a vapor;
Máquinas movidas a energia elétrica - ELETRICIDADE
Máquina a vapor
A máquina ou motor a vapor
refere-se também a turbina a
vapor, outro tipo de máquina
térmica que explora a pressão do
vapor.
Um motor é um dispositivo que converte
outras formas de energia em energia
mecânica, de forma a impelir movimento a
uma máquina ou veículo. Em contraste,
existem os chamados geradores.
Todas as máquinas térmicas
funcionam baseadas no
princípio de que o calor é
uma forma de energia, ou
seja, pode ser utilizado para
produzir trabalho, e seu
funcionamento obedece às
leis da termodinâmica.
Lei da Conservação da Energia
1o Princípio da Termodinâmica
O uso da energia implica em
transformá-la
de uma forma para outra...
Porém a energia, não é criada nem
destruida.
Energia total antes
da explosão
=
Energia total após
a explosão
Sejam quantas forem as transformações,
a quantidade total de energia no Universo permanece constante.
2o Princípio da Termodinâmica
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.
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.
Energia eólica
• A energia eólica é a energia cinética transportada
pelas massas de ar da atmosfera em movimento, ou
seja, pelo vento.
• Uma máquina eólica, por exemplo, um aerogerador,
absorve parte da energia cinética do vento através
de um rotor aerodinâmico, convertendo-a em
potência mecânica de eixo (torque x rotação) a qual
é convertida em energia elétrica por meio de um
gerador elétrico.
ENERGIA EÓLICA (vento)
Utilização da força de
arraste,
que
é
a
componente
da
força
exercida pelo vento na
direção do seu movimento.
Esse tipo de aplicação é o
mais antigo, usado por
embarcações primitivas,
como as à vela.
ENERGIA EÓLICA (vento)
•
A outra maneira é o uso da força
perpendicular ao vento. Conforme a
geometria e posição relativa de
certas superfícies, a distribuição da
pressão resultante do vento gera
uma componente de força.
•
É o caso das embarcações mais
modernas que usam a vela latina,
das velas das caravelas, da
geometria da asa do avião, dos
cataventos e dos aerogeradores.
Um aerogerador é um gerador elétrico integrado
ao eixo de um cata-vento e que converte energia
eólica em energia elétrica.
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
Composição da CÉLULA FOTOELÉTRICA
EFEITO FOTOVOLTAICO
http://www.photovoltaique.info/L-effet-photovoltaique.html
ESQUEMA DE CÉLULA FOTOVOLTAICA
CAMPO ELÉTRICO
LÂMPADA FLUORESCENTE
ENERGIA NUCLEAR
FISSÃO NUCLEAR
FUSÃO NUCLEAR
CONVERSÃO DE ENERGIA
São raros os processos na superfície da Terra que
não se ligam de alguma forma à energia solar.
Exemplos de conversão de energia:
-
energia hidráulica em energia elétrica;
energia elétrica em energia luminosa (lâmpada);
energia elétrica em energia sonora (rádio);
energia elétrica em energia térmica (ferro de passar
roupa, chuveiro e outros).
Fluxograma de energias
MUNIZ, Rafael Ninno. Pedagogia da energia.. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 6., 2006,
Campinas. Proceedings online... Available from: <http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?
Petróleo e álcool
Mundo:
Terras agriculturáveis > 1 bilhão de hectares
Utilizadas para produzir álcool = 10 milhões de hectares
Brasil:
Terras agriculturáveis = 152 milhões de hectares
Terras utilizadas = 62 milhões de hectares
Terras utilizáveis sem desmatamento = 90 milhões de hectares
Terras de pastagens = 177 milhões de hectares
Florestas nativas = 440 milhões de hectares
Terras utilizadas para produção de cana = 7 milhões de hectares
Parte utilizada para produção de álcool = 4 milhões de hectares
Parte utilizada para produção de açúcar = 3 milhões de hectares
Terras utilizadas para produção de soja = 23 milhões de hectares
Álcool:
Produção mundial = 600 mil barris / dia = 35 bilhões de litros/ano
Produção brasileira = 18 bilhões de litros/ano
Petróleo:
Produção mundial = 85 milhões de barris/dia = 5 trilhões de litros/ano
1 barril = 42 galões = 158,9873 litros ≈ 159 litros