ENERGIA SOLAR LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE

Apresentação em tema: "ENERGIA SOLAR LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE"— Transcrição da apresentação:

1 ENERGIA SOLAR LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL ENERGIA SOLAR Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli EDIÇÃO: 2.006

2 PROPAGAÇÃO DA ENERGIA TÉRMICA
ENERGIA SOLAR CHEGA A TERRA POR CONDUÇÃO CONVECÇÃO RADIAÇÃO AO NÍVEL MOLECULAR TRANSLAÇÃO DE MASSAS AQUECIDAS ONDAS ELETRO- MAGNÉTICAS > ENERGIA > VIBRAÇÃO > ENERG.CINÉTICA DIFERENÇA DE DENSIDADE EM f DA TEMPERATURA EMISSÃO CONTÍNUA DE ENERGIA

3 COMPONENTES DA RADIAÇÃO SOLAR NUVENS REFLETIDA DIFUSA DIRETA
SUPERFÍCIE TERRESTRE

4 BALANÇO DE ENEGIA REFLETIDA 31% NUVENS E ATMOSFERA 19% ABSORVIDA
DIRETA 21% DISPERSA 29% REFLETIDA 3% EVAPORAÇÃO, CONDUÇÃO PELO AR INCIDENTE LÍQUIDA RADIAÇÃO TERRESTRE

5 Irradiação Solar no Brasil

6 Sistema Convencional de Aquecimento de Água
COLETOR SOLAR Sistema Convencional de Aquecimento de Água 1. caixa d’água tradicional 2. reservatório termicamente isolado para aquecimento solar 3. reservatório termicamente isolado para aquecimento auxiliar elétrico 4. resistência elétrica para aquecimento auxiliar 5. coletor solar 6 e 8. misturador de água quente e fria 7. respiro

7 AQUECIMENTO DE ÁGUA 1. entrada de água da rua
2. regulagem da água quente 3. entrada da água no aquecedor/reservatório 4. saída da água já aquecida 5. entrada de água aquecida no chuveiro 6. entrada de água fria, regulada pelo registro convencional do chuveiro

8 FONTE: HINRICHS, 2003

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10 SISTEMA DE AR QUENTE DE PLACA PLANA.

11 ? Q = 20.000 Btu/h . 24 horas = 480.000 Btu/dia Portanto:
EXERCÍCIO: Determinar área (A) de coletor para fornecer energia térmica para aquecer, por um dia, uma casa quando a carga de calor = Btu/h e a insolação média diária no coletor (I) = Btu/pé2 /dia e sua Eficiência (Ef) é de 50%. SENDO: Q = I . Ef . A Q = ENERGIA TÉRMICA NECESSÁRIA/DIA Q = Btu/h . 24 horas = Btu/dia Portanto: A = Btu/dia / 900 Btu/pé2 /dia = 533 pés2 A = 533 pés2 . 0,0929 m2 = 49,52 m2 Custo: US$600/m2 ?

12 O calor (Q) que deve ser fornecido pelo sistema de armazenamento é:
Para as condições anteriores, calcular quantos litros de água seriam necessárias para armazenar a energia térmica para 3 dias de aquecimento. Partindo-se de que a temperatura inicial da água, no reservatório é de 1500 F e o limite inferior de uso é 900 F (o que vale dizer: a mudança de temperatura que a água será submetida será um Δt = 600 F). O calor (Q) que deve ser fornecido pelo sistema de armazenamento é: Q = 3 dias Btu/dia = Btu Partindo-se da relação: Q = m . C. Δt Sendo: m = massa de água C = calor específico da água Δt = diferença de temperatura da água

13 Q = m . C. Δt Btu = m F m = lb Como: 8,3 lb = 1 galão tem-se que: lb /8,3 lb = galões Como: 1 galão = 3,785 litros Portanto: 2.892 galões . 3,785 litros = litros

14 HARPER LAKE, CA

15 Grupo Solaris – ESALQ/USP
Aquecimento de água Aquecedor Solar Grupo Solaris – ESALQ/USP

16 Fogão Solar foco de energia onde fica recipiente para ser aquecido
parabólica para captação da energia solar foco de energia onde fica recipiente para ser aquecido

17 Secador Solar

18 Secador Solar de Baixo Custo Grupo Solaris – ESALQ/USP

19 CÉLULAS SOLARES H. HERTZ EM 1887 DESCOBRIU O PRINCÍPIO DO USO DIRETO DA ENERGIA SOLAR PARA PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE (QUANDO A LUZ ATINGE DETERMINADOS METAIS, ELÉTRONS SÃO EMITIDOS). O FENÔMENO É DENOMINADO DE “EFEITO FOTOELÉTRICO” - + LUZ e- Tubo de vácuo Luz incidindo na placa negativa, elétrons são emitidos com uma quantidade de Energia cinética inversamente proporcional ao comprimento da onda da luz Incidente.

20 CÉLULA FOTOVOLTAICA

21 SISTEMA FOTOVOLTAICO Placas solares Regulador de carga
Banco de baterias Inversor

22 CÉLULAS FOTO VOLTAICAS

23 NÃO CONFUNDIR: CÉLULA FOTOVOLTAICA COM CÉLULA DE COMBUSTÍVEL!

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25 CÉLULA DE COMBUSTÍVEL (INVENTADA HÁ 100 ANOS) É UM CONVERSOR DE POTÊNCIA QUE COMBINA UM COMBUSTÍVEL (H2 OU GÁS NATURAL) COM O O2 POR MEIO DE PROCESSO ELETROQUÍMICO, GERANDO ELETRICIDADE. ASPECTOS POSITIVOS: ELEVADA RAZÃO POTÊNCIA/PESO, NÃO POLUENTE, TAMANHO PEQUENO, ALTA CONFIABILIDADE (NÃO HÁ PARTES MÓVEIS) EFICIÊNCIA 50-70% ASPECTOS NEGATIVOS (ATUAIS): CUSTO ( US$3 A 4 mil/ Kw) DÚVIDAS QUANTO A DURABILIDADE DE ONDE E COMO OBTER O H2 (METANOL, GASOLINA)

26 A REAÇÃO NA CÉLULA É UMA COMBUSTÃO LENTA DO H2
ELETRODOS DE CARBONO

27 TIPOS DE CÉLULAS TIPOS EFICIÊNCIA (%) TEMPERATURA OPERAÇÃO (0C)
TAMANHO DA UNIDADE (kW) MEMBRANA DE TROCA PROTÔNICA 40 A 50 80 50 ÁCIDO FOSFÓRICO 200 CARBONATO FUNDIDO 60 + 650 2.000 ÓXIDO SÓLIDO 800 100 ALCALINA 70 60 2 a 5 Fonte: Hinrichs, 2003

28 Referências GOLDEMBERG, José Energia, Meio Ambiente & Desenvolvimento. São Paulo: EDUSP. Instituto Nacional de Meteorologia. LABSOLAR – Laboratório de Energia Solar – EMC/UFSC. Atlas de irradiação solar do Brasil. Brasília: , 1998. HINRICHS, r.a. & KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. Thompson, 3a. Ed. São paulo p. MELFI, Adolfo José; MONTES, Célia Regina Disciplina de Geociência Ambiental. Piracicaba: ESALQ. Notas de aula do curso de graduação em Gestão Ambiental. MONTENEGRO, A.B. Fontes não-convencionais de energia. 3.ed. Atlas de Irradiação Solar do Brasil co-autoria do INPE. NASCIMENTO, Carlos Maia do Conseqüências ambientais decorrentes da nova estruturação do setor elétrico e energético do Brasil. Conferência apresentada no 1º Simpósio e Exposição Internacional sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável em Municípios Industriais – Paulínia Paulínia, 20 a 23 de maio de 2002. TURKENBURG, W.C Renewable Energy: overview. Conferência apresentada no Energia Sustentabilidade na geração e uso de energia no Brasil: os próximos vinte anos. Campinas, 18 a 20 de fevereiro de Acessado dia 01 de Junho de 2002.

29 Introdução ao Hidrogênio e Célula a Combustível
ENERGIA, SOCIEDADE E AMBIENTE ALEXANDRE SORDI - UNICAMP

30 Reforma de hidrocarbonetos
Hidrogênio Eletrólise da água 6,5 kWh/Nm3 (70% eficiência) Reforma de hidrocarbonetos Reforma vapor de gás natural ( ºC) 28 Nm3 H2 / 15 Nm3 CH4 (55% de eficiência) Reforma vapor de etanol (600ºC) Reforma vapor de metanol (260ºC) Reforma vapor de gasolina (900ºC) Reforma vapor do gás de gaseificação bagaço de cana Basicamente- CnHm + nH2O  H2 + nCO

31 Hidrogênio A reforma vapor é o método mais comum de se produzir gases ricos em hidrogênio. É uma conversão endotérmica e catalítica com hidrocarbonetos leves e vapor d’água. A reforma a vapor do metano (maior constituinte do gás natural) é o método mais barato de produzir hidrogênio; aproximadamente 48% da produção mundial de hidrogênio é produzida a partir deste processo. A reforma vapor do metano resulta em 64% de H2; 16,3% de CO2; 17,8% de H2O e 1,8% de N2. Após a reforma o gás é direcionado para a conversão exotérmica catalítica (reação de shift) do monóxido de carbono resultante produz hidrogênio puro de acordo com: CO + H2O  CO2 + H2

32 Hidrogênio

33 Armazenamento do hidrogênio
Estado gasoso Em cilindros em torno de 150 atm (6,4 Nm3/570 g) Em gasômetros com pressão pouco superior à atmosférica, armazenando em 1 m3 aprox. 1Nm3 e 89 g. Energia necessária resp. (2,4 kWh/kg e 0,05 kWh/kg) Estado líquido Temperatura de -235ºC, (10-13 kWh/kg) Hidretos metálicos Composto metálico capaz de armazenar hidrogênio e liberá-lo sob aquecimento. FeTiHx, LaNiHx (4,1 kWh/kg)

34 Célula a combustível A célula a combustível converte a energia química de um combustível diretamente em eletricidade e calor. Basicamente: H2 + ½ O2 H2O

35 Célula a combustível Tipos de células a combustível
PEMFC- Célula a combustível de membrana polimérica PAFC- Célula a combustível de ácido fosfórico MCFC- Célula a combustível de carbonato fundido SOFC- Célula a combustível de óxido sólido

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37 Célula a combustível Comparação com outros conversores

38 Referências: ELLIS, M. W. Fuel Cell for building applications. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc EG&G Services Parsons, Inc. Science Applications International Corporation. Fuel Cell Handbook SILVA, E. P; NEVES Jr, N. P; OLIVEIRA, F. J. C. Tecnologias, aplicações e economia do hidrogênio Vol II Laboratório de hidrogênio Unicamp – IFGW. SILVA, E. P; MOURA, J. C.; SOUZA, S. N. M.; TICIANELLI, E. A.; CAMARGO, J. C. Produção adjacente de hidrogênio em usinas hidroelétricas e sua utilização. NIPE 2001.

39 F I M