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

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

2 PROPAGAÇÃO DA ENERGIA TÉRMICA > ENERGIA > VIBRAÇÃO > ENERG.CINÉTICA DIFERENÇA DE DENSIDADE EM f DA TEMPERATURA EMISSÃO CONTÍNUA DE ENERGIA CONDUÇÃOCONVECÇÃORADIAÇÃO AO NÍVEL AO NÍVELMOLECULAR TRANSLAÇÃO DE MASSAS AQUECIDAS ONDASELETRO-MAGNÉTICAS ENERGIA SOLAR CHEGA A TERRA POR

3 NUVENS DIFUSA DIRETA REFLETIDA SUPERFÍCIETERRESTRE

4 REFLETIDA3% NUVENS E ATMOSFERA 19% ABSORVIDA DISPERSA 29% 29% DIRETA21% REFLETIDA31% INCIDENTE LÍQUIDA LÍQUIDA EVAPORAÇÃO,CONDUÇÃO PELO AR PELO AR RADIAÇÃOTERRESTRE

5 Irradiação Solar no Brasil

6 COLETOR SOLAR 1. caixa dágua 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 Sistema Convencional de Aquecimento de Água

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 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/pé 2 /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/pé 2 /dia = 533 pés 2 A = 533 pés 2. 0,0929 m 2 = 49,52 m 2 Custo: US$600/m 2 ?

12 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 F e o limite inferior inicial da água, no reservatório é de F e o limite inferior de uso é 90 0 F (o que vale dizer: a mudança de temperatura que a água será submetida será um Δt = 60 0 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: tem-se que: lb /8,3 lb = 2892 galões Como: 1 galão = 3,785 litros Portanto: galões. 3,785 litros = litros

14 HARPER LAKE, CA

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

16 Fogão Solar 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 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). A LUZ ATINGE DETERMINADOS METAIS, ELÉTRONS SÃO EMITIDOS). O FENÔMENO É DENOMINADO DE EFEITO FOTOELÉTRICO Luz incidindo na placa negativa, elétrons são emitidos com uma quantidade de Energia cinética inversamente proporcional ao comprimento da onda da luz Incidente. -+LUZ e-e-e-e- e-e-e-e- e-e-e-e- Tubo de vácuo

20 CÉLULA FOTOVOLTAICA

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

22 CÉLULAS FOTO VOLTAICAS

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25 CÉLULA DE COMBUSTÍVEL (INVENTADA HÁ 100 ANOS) É UM CONVERSOR DE POTÊNCIA QUE COMBINA UM COMBUSTÍVEL (H 2 OU GÁS NATURAL) COM O O 2 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 H 2 (METANOL, GASOLINA)

26 A REAÇÃO NA CÉLULA É UMA COMBUSTÃO LENTA DO H 2 ELETRODOS DE CARBONO

27 TIPOSEFICIÊNCIA (%) TEMPERATURA OPERAÇÃO ( 0 C) TAMANHO DA UNIDADE (kW) MEMBRANA DE TROCA PROTÔNICA 40 A ÁCIDO FOSFÓRICO 40 A CARBONATO FUNDIDO ÓXIDO SÓLIDO ALCALINA70602 a 5 Fonte: Hinrichs, 2003

28 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:, 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 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 Referências

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

30 Hidrogênio Eletrólise da água 6,5 kWh/Nm 3 (70% eficiência) Reforma de hidrocarbonetos Reforma vapor de gás natural ( ºC) 28 Nm 3 H 2 / 15 Nm 3 CH 4 (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- C n H m + n H 2 O H 2 + n CO

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 dágua. 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 H 2 ; 16,3% de CO 2 ; 17,8% de H 2 O e 1,8% de N 2. 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 + H 2 O CO 2 + H 2

32 Hidrogênio

33 Armazenamento do hidrogênio Estado gasoso Em cilindros em torno de 150 atm (6,4 Nm 3 /570 g) Em gasômetros com pressão pouco superior à atmosférica, armazenando em 1 m 3 aprox. 1Nm 3 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. FeTiH x, LaNiH x (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: H 2 + ½ O 2 H 2 O

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.

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