EXERCÍCIO 1: Suponha que um determinado condomínio tenha instalado na área comum um sistema de iluminação empregando 30.000 W de lâmpadas incandescentes.

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2 EXERCÍCIO 1: Suponha que um determinado condomínio tenha instalado na área comum um sistema de iluminação empregando 30.000 W de lâmpadas incandescentes. (todas de 100 W) Estimar: a – Qual será nova potência instalada se o sistema de iluminação empregar lâmpadas fluorescentes compactas? Suponha o mesmo nível de iluminação para os dois casos. Suponha também, o mesmo nível reflexivo (eficiência) das luminárias empregadas nos sistemas. b – Estimar aproximadamente nos dois sistemas quanto será custo da conta de energia elétrica (mensal e anual) supondo um custo médio do KW hora = R$ 0,30. Supor que o sistema de iluminação funcione 12 horas por dia. Empregar a tabela da transparência anterior para saber a eficiência de cada tipo de lâmpada. c – (Opcional - Refletir e fazer em casa) Pesquisar o custo (valores de mercado médio) para a implantação dos dois projetos. Qual é o sistema que demanda mais investimento para a implantação? Determinar aproximadamente quanto tempo levará para que o sistema com lâmpadas fluorescentes se torne economicamente mais viável.

3 Fonte: http://lednews.com.br/video/tabela-de-lumens-x-watts/ acesso 20/01/2014

4 3 Exercicio 2. Analisar a unidade de pressão Pa (Pascal) Exercicio 3 - Determinar a potência no SI de um motor de 10 HP. 1 HP = 0,7457 Kw ou 1 HP = 745,7 w

5 A segunda Lei de Newton: “A variação com o tempo da quantidade de movimento é proporcional à força aplicada e tem a direção desta força” quantidade de movimento Exercício 4: Um meteoro de 6 kg está se movimentando no espaço. Qual será a aceleração do mesmo se ele for submetido a uma força líquida de 3N? Resposta http://www.fotosearch.com.br/fotos-imagens/meteoro_3.html

6 Exercício 5: Se levamos 2 s para levantar verticalmente 1 metro de altura um bloco de 8 kg, qual foi a potência empregada? Resposta: Pot = ω / t (peso x altura ) / tempo mgh / tempo Onde peso = Forças exercida pela gravidade = massa x aceleração da gravidade. Pot = (8 kg x 9,8 m/s 2 x 1 m ) / 2 s = 39,2 W Exercício 6: Qual é a quantidade de EP (energia potencial) de 10.000 kg de água atrás de uma represa, se a queda d´água antes de atingir as pás da turbina é de 20 m? (Obs. 10.000 kg de água é aproximadamente 10 m 3 ou 2.600 galões) Resposta: EP = 10 4 kg x 9,8 m/s 2 x 20 m = 196 x 10 4 Joules. Obs É a energia equivalente 1/50 de galão de gasolina.

7 Exercício 7: Qual é a energia de 1 kg de ar(1m 3 ) movendo-se a 15 m/s (54 km/h)? Resposta: EC = ½ x 1 kg x (15 m/s) 2 = 112 J Obs. Se fosse água a energia seria 1000 vezes maior. (densidade de energia)

8 Exercício 8: No final do século XX o consumo de energia dos EUA foi de aproximadamente aproximadamente 95 X 10 15 Btu/ano. Calcular: a- A potência média despendida por pessoa morador nos EUA. b- (Fazer em casa) Refazer para EUA e Brasil para o ano de 2010. 1 Btu = 252 cal e 1 cal = 4,18 J portanto 1 Btu = 1050 J Portanto, aproximadamente E = 100 X 10 18 J / ano por pessoa. 100 X 10 18 J / ano O consumo de E por pessoa = ------------------------------- = 3,64 X 10 11 pessoa/ano 250.000.000 pessoas Como 1 ano = 3,16 X 10 7 segundos e a Potência é E/t 3,64 X 10 11 pessoa/ano Potência média/pessoa aprox. Pot = -------------------------------------- = 12 KW/pessoa 3,16 X 10 7 s / ano

9 Exercício 9: Quantas calorias um resistor/aquecedor deve liberar para elevar a temperatura de 20 o C a 100 o C 250 gramas de água (aproximadamente uma xícara)? (Supor o sistema totalmente isolado do ponto de vista de térmico) Resposta: E = Q = 250 x 80 o C = 20.000 cal Exercício 10: Quanto calor é necessário para elevar de 20 o C a temperatura de ebulição de 1 kg de água? Resposta: Q = mc ΔT = (1kg)x(4,186 J/kg- o C) (100 o C – 80 o C) Q = 334.000 J = 334 kJ

10 9 Exercício 11: Faça o gráfico da temperatura de 1 kg de água que esteja a - 50 Centígrados e que seja adicionada uma Q (quantidade ) de calor a uma taxa constante até a mesma seja totalmente convertida em vapor. 1º Estado sólido (Elevação de Temperatura) Q 1 = 1000 x 0,5 x 50 = 25.000 cal = 25 kcal 2º Alteração de estado (Sólido para água) Q 2 = 80 cal/g x 1000 g = 80.000 cal = 80 kcal 3º Estado líquido (Elevação de Temperatura) Q 3 = 1000 x 1 x 100 = 10.000 cal = 100 kcal 4º Alteração de estado (Água para vapor) Q 4 = 540 cal/g x 1000 g = 540.000 cal = 540 kcal 0 200 400 600 800 Quilocalorias Temperatura em graus Celsius 200 150 100 50 0 -50 I I I I I

11 Portanto: 1 – 0,8846 = 0,115 Economia de aproximadamente 11,5% Condução Taxa de transferência de calor de materiais homogêneos e quando o “escoamento é lento”. = Condutividade t é rmica A = Á rea superficial = Espessura do material Exercício 12: Suponha que uma residência tenha um sistema de aquecimento interno automático. Suponha que a temperatura externa seja 20 o F. Calcular a economia de energia proporcional durante um determinado período de tempo que será obtida se o termostato for regulado para 66 o F ou invés de ser regulado para 72 o F. Resposta:

12 11 Exercício 13: Em uma usina geradora de energia elétrica a ciclo de vapor convencional, a temperatura do vapor que entra na turbina é de 540 o C ou 813 K. A temperatura do reservatório frio (a água de refrigeração) é de 20 o C ou 293 K. a - Qual é a eficiência máxima possível desta máquina térmica? b - Se a eficiência global da usina for de 35%, quanto a mesma estará operando em relação a eficiência de Carnot? Respostas: 813 - 295 Eficiência máxima = ------------------------- X 100% = 64% 813 0,35 Eficiência (em relação) = --------------- = 55% da eficiência de Carnot 0,64 Prof. Dr. Sergio Luiz Pereira

13 EXERCÍCIO 14: CALCULAR A EFICIÊNCIA GLOBAL DA CONVERSÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA EM ENERGIA LUMINOSA CONSIDERANDO O ESQUEMA DA FIGURA. Usina E = 0,35 Linhas de transmissão E = 0,90 Iluminação E = 0,05 E Global = E usina x E linha x E iluminação = 0,35 x 0,90 x 0,05 = 0,016 Ou seja: E Global = 1,6% Perguntas: a - Como melhorar a eficiência global? b - Onde o mesmo volume de investimento em R$ trará mais retorno? Fazer atividade classe. Prof. Dr. Sergio Luiz Pereira

14 POTÊNCIA GERADA E ENERGIA PRODUZIDA POR UMA USINA HIDROELÉTRICA P = η Tot x g x Q x H Onde: P = Potência em KW η To t = Rendimento total da usina = η h x η T x η g g = aceleração da gravidade 9,8 m/s 2 Q = Vazão m 3 /s H = queda bruta (m) H = hidráulico ; t = turbina ; g = gerador E = P x PCU x 8.760 horas E = energia anual PCU = Fator de capacidade da usina. Relação entre a Potência média no ano e a Potência Máxima da usina. http://wille.wordpress.com/2008/03/10/fotos- hidroeletrica-e-canions-de-xingo/

15 EXERCÍCIO 15: (LINEU) Em um aproveitamento hidráulico, o nível a montante encontra-se na cota de 890 m e o ajusante na de 750 m. A vazão é de 60 m 3 /s. O comprimento equivalente da tubulação de 1000 m e o diâmetro é de 4,5 m. O rendimento total da turbina é 0,92 e do alternador (gerador) é 0,94. Determine a potência elétrica da usina. (Tubulação de aço soldado com coeficiente λ = 115) Obs. Hp (perda de carga na tubulação) (Fórmula empírica) Hp = 10,643 (Q / λ) 1,85 D 4,87 L Cálculo do rendimento do encanamento (Rendimento Hidráulico): Hp= 10,643 (60 / 115) 1,85 x 4,5 4,87 x 1000 = 2,1 m η h = (140 – 2,1) / 140 = 0,985 Portanto η total = η h x η T x η g = 0,985 x 0,92 x 0,94 = 0,852 P elétrica = η Tot x g x Q x H = 0,852 x 9,8 x 60 x 140 = 70.137 W

16 REFERÊNCIAS: HINRICHS R. A; KLEINBACH, M.; Energia e Meio Ambiente – Cengage Learning 3º Edição 2004. GOLDEMBERG, J.; VILLANUEVA, L.D. Energia, Meio Ambiente & Desenvolvimento. 2 ed. Ver. – São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2003 THOMAS, J.M; CALLAN, S, J,; Economia ambiental: aplicações, políticas e teoria Cengage Learning 2010 HORDESKI, M.F. New technologies for energy efficiency. The Fairmont Press, Inc. 700 Indian Trail, Lilburn, GA, 2003. FLANAGAN, JANA RICKETTS – Vision 2001: Energy & Environmental Engineering – Publ. By The Fairmont Press, Inc., 1996. PEREIRA, S. L; Ecoeconomia Tecnológica Cooperativa. Uma Proposta Conceitual: Ciência e Tecnologia da Automação Como Ferramentas de Inclusão Social e De Suporte ao Desenvolvimento Sustentável - Tese de Livre Docência EPUSP – 2009. BELICO, R. L.; Geração de Energia Elétrica Editora Manoele ltda 2003 BARBIERI J, C,; Gestão ambiental Empresarial Editora Saraiva 2007 BELICO, R. L.; SILVEIRA, S. (Orgs.) – Energia Elétrica para o Desenvolvimento Sustentável: Introdução de uma Visão Multidisciplinar. – São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2000. ISBN: 85-314-0555-0. Dji – Índice Fundamental do Direito. Código de Águas – Livro III - Forças Hidráulicas - Regulamentação da Indústria Hidrelétrica. - Disponível em www.dji.com.br/decretos. Acesso em 17 de jan.2002.www.dji.com.br/decretos MME - Ministério de Minas e Energia. Histórico. - Disponível em www.mme.gov.br Acesso em 17 de fev.2002.www.mme.gov.br PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica. Tarifação da energia elétrica. Disponível em www.eletrobras.gov.br/procel Acesso em 25 de fev.2002. www.eletrobras.gov.br/procel ANEEL– Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução n o 456 de 29/11/2000. Disponível em www.aneel.gov.br Acesso em 2 de fev.2008.www.aneel.gov.br PROCEL- Programa Nacional de Conservação da Energia Elétrica. Manual de Tarifação de Energia Elétrica - 1 a edição - maio/2001. - Disponível em www.eletrobras.gov.br Acesso em 26 de ago.2002.www.eletrobras.gov.br ELETROPAULO - Informações Comerciais - Média Tensão. - Disponível em www.eletropaulo.com.br Acesso em 09 set.2002.www.eletropaulo.com.br ADÃO - Sistemas de Automação destinados à gestão de energia. Dissertação de mestrado EPUSP 2003 GARCIA - Desenvolvimento de Medidor de Energia Elétrica de Custo Competitivo Associado a Estudos Sobre Medições de Energia Elétrica Dissertação de Mestrado EPUSP 2000. http://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0213/Material_de_Apoio/03_- _Ia._Conceito_Fundamentais_(grandezas_Luminosas).pdfhttp://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0213/Material_de_Apoio/03_- _Ia._Conceito_Fundamentais_(grandezas_Luminosas).pdf Acesso 20/01/2014