ENERGIA OVERVIEW
Formas
Fontes
Não renovável
Conceitos
Furukawa - IFUSP
Yamamura - 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.
Origem da palavra ENERGIA
enérgeia
ENERGIA
Capacidade de um
agente para realizar
trabalho
Produção de
movimento contra
uma resistência
Energia é habilidade para
realização de certo trabalho.
Iluminação
Crescimento
Aquecimento
Movimento
Comunicação
A Energia pode se tornar presente
sob diversas formas
Energia Mecânica
•Potencial Gravitacional
•Cinética
Energia Radiante
ou
Luminosa
Energia Interna
Energia Elétrica
Energia Química
Energia Nuclear
Energia 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
Processo da Fotosíntese
6CO2 + 6H2O + Radiação solar = 6[CH2O] + 6O2
Corpúsculo portador de
clorofila existente no
interior de células das
folhas.
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
Buscar: Hot Big Bang
2.500 a. C - Barco a vela
100 a. C – Moinho hidráulico
950 D.C – Moinho de vento
1769 – Máquina vapor
1800 – Pilha elétrica
1814 – Locomotiva a vapor
1827 – Turbina hidráulica
1831 – Indução eletromagnética
1866 – Dinamo
1878 – Lampada incandescente
1882 – Central hidroelétrica
1884 – Turbina a vapor
1893 – Motor diesel
1933 – Fissão nuclear
1953 – Célula fotovoltaica
Lei da Conservação da Energia
1o Princípio da Termodinâmica
O uso da energia implica
em transformá-la
de uma forma para outra... porém ela, 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.
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
Petróleo
Gás Natural
Carvão mineral
Minério de Urânio
Fontes Não Renováveis
•Milhões de ano para a formação
•Suprimento limitado
Biomassa
Sol
Vento
Hidráulica
Fontes Renováveis
Recompostas em curto espaço de tempo
Solares
Várias formas:
biomassa; hídraulica; eólica;
solar direta; solar fotovoltaica;
ondas marítimas.
Não solares
Mecânica: marés.
Calor:
geotérmica.
Processos nucleares por fusão.
Renováveis
Recursos que se recuperam
cíclica e naturalmente.
Não renováveis
Gasosa:
gás natural.
Líquida:
petróleo cru.
Solares
Sólida:
petróleo pesado; areia betuminosa;
xisto; série lignocelulósica (turfa,
linhito, hulha ou carvão e antracito).
Não solares
Combustíveis nucleares.
Recursos que se esgotam
com o uso.
Fontes secundárias de energia
Fonte Primária
Petróleo
Cana
de
açucar
Centro de
Transformação
Refinarias
Destilarias
Fonte Secundária
Gasolina
Óleo combustível
GLP
Óleo Diesel
...
Açucar
Alcool
Bagaço
Energia Primária, Secundária e Final
Fonte Primária
Centro de
Transformação
Energia
Primária
Centro de
Transformação
Energia útil
Conversor
Fonte Secundária
Energia
Secundária
Energia Final
Energia Renovável
Obtidas de fontes primárias renovavéis
Hidroeletricidade
Energia da biomassa
Energia solar
Produzida a partir da Energia Potencial Gravitacional da água
Proveniente da combustão ou de combustível extraido de detritos
animais e vegetais (madeira, óleo vegetal, etc)
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
Central Hidroelétrica
ITAIPU
Potência: 12.600 MW
Reservatório:1.350 km2
Comprimento: 1.234 m
Altura: 196 m
Vazão diária média: 12.370 m3/s
Energia não renovável
Combustíveis fósseis
Oleo Combustível
Oleo Diesel
Gasolina
Propano
Gás Natural
Carvão Mineral
Combustíveis nucleares
Urânio
Plutônio
Usina nuclear
Central Termoelétrica
Ciclo combinado
Cogeração
Elementos Balanço Energético - Esquema sistema fechado
Perdas
Uso final
Perdas
Transformação
Energia
Primária
Centro
de
Transformação
Energia
Secundária
Energia
Final
Perdas
Conversão
Conversor
Ponto vista
Setor Energético
Transformação direta
Força motriz
Calor de Processo
Aquecimento Direto
Iluminação
Eletroquímica
Outros
Energia útil
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 cal
Quantidade de calor que aquece
1 grama de água de 1oC.
1J
Energia envolvida para
erguer, de 1 m, um
corpo de
aproximadamente 100
grama.
Outras Unidades
Equivalências – 1a Lei
Unidade de Energia
Equivalências
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
Padrão usado nos balanços energéticos
Tep
tonelada 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 Superior
PCS
Poder Calorífico Inferior
PCI
Leva em consideração o calor latente
de vaporização da água de constituição
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
Carvão seco
Gás Natural Santos
14.400
16.000
Turfa
Gás Natural Bolivia
14.900
16.500
Gasolina
9.600
GLP
11.000
12.000
Petroleo Br
10.800
Hidrogênio
28.500
33.900
Urânio
Metano
11.900
13.300
Madeira
3.500
Propano
11.000
12.000
Alcool hidratado
6.800
Combustível
Solido e liquido
Contéudo energético
( kcal/kg)
7.000
882
19.000x106
Balanço de Energia Util e Energia Final
Perdas
Energia
Final
Conversor
Eficiência na conversão
Energia
Útil
Setor
Residencial
Industrial
Transporte
...
Eficiência da conversão
para cada setor
depende:
• do energético e
• do uso final.
EF = EU + Perdas
Lei da Conservação
1a Lei Termodinâmica
Uso Final
Calor de processo
Força Motriz
Iluminação
....
Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F
[i]
i = energético
j = uso final
Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i]
i = energético
j = uso final
Setor
Residencial
Energético (i)
Uso (j)
Eff
Gás Natural
Calor
50%
Gás Natural
Motriz
25%
Eletricidade
Calor
95%
Eletricidade
Motriz
75%
E.U [i,j] = Eff [i,j] x E.F [i]
A Energia Util, por setor,
depende de como a Energia
Final se distribui pelo setor,
e da eficiência de cada uso.
Exemplo simplificado
Setor residencial
Balanço da energia útil
Valores em tep
E.Final
EF(i)
Distribuição por uso
D(i,j)
Motriz
Calor
Outros
Eficiências/Rendimentos
Eff(i,j)
Motriz
Calor
Energia útil
EU(i,j)
E.Util
EU(i)
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
1450
3734
424
5608
Total
17000
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
Produção
de
eletricidade
Sistema Ativo
Usa dispositivos e
equipamentos mecânicos
para transportar calor
Termo
Solar
Sistema Passivo
Coleta e transporta calor
por meios naturais
Radiação
Convecção
Condução
Solar
Fotovoltáico
Efeito
Fotovoltáico
Radiação solar diretamente em eletricidade
Energia eólica
Potmax = ½ dAv³
d = massa específica do ar
A = 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’s
Geração de eeletricidade de
baixo impacto no ecossistema.
Potência entre 1 e 30 MW
Energia Maremotriz
Primeira Usina Maremotriz - 1966
Estuário do rio Rance – França
Diferença de altura média: 8,2 m
Potencia: 240 MW
As marés que animam os oceanos é
fonte de energia mecânica, limpa e
inesgotável que pode ser captada por
turbinas para gerar eletricidade.
Células Combustível
Baterias (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
Fonte Primária
Soja, girassol, mamona,
algodão, amendoin, etc
Fonte Secundária
Óleos vegetais respectivos
Reação com álcool
catalisador
Uso
Motores de veículos
Geração de eletricidade (bioeletricidade)
matéria-prima
em diversos ramos da indústria
cosméticos, remédios e explosivos.
Biodísel,
o “diesel natural”
Poder calorífico
9.500 kcal/kg
Cana de açucar
Etanol – Álcool Etílico
Bagaço
C2H5OH
Cogeração
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.
Calor
Eletricidade
Boa Prova!