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Ambiente & Energia Introdução Valentim M B Nunes Unidade Departamental de Engenharias Instituto Politécnico de Tomar, Setembro, 2014
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Objectivos Aquisição de competências nas seguintes áreas: Compreensão das relações energia - ambiente numa perspectiva de sustentabilidade energética; Análise dos principais sistemas de produção, conversão e armazenamento de energia;
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Programa Componente teórica: Parte I (Valentim Nunes): Introdução. O uso da energia nas sociedades modernas e impacto ambiental. Recursos de energia: primária, secundária e final. Energia e o ambiente: efeito de estufa, camada de ozono e chuvas ácidas. Estatísticas energéticas globais e situação em Portugal. Sistemas de conversão de energia. Princípios termodinâmicos de conversão de energia. Ciclos térmicos: ciclo de Carnot, Rankine e Brayton. (18H)Valentim Nunes Parte II (Paulo Coelho): Armazenamento e transmissão de energia. Transformação eletromecânica de potência. Transmissão de energia. Conversores AC/DC. Propriedades dos sistemas de armazenamento de energia. Energias renováveis. Energia eólica. Energia hídrica e mini-hídrica. Sistemas solares térmicos e fotovoltaicos. Energia geotérmica e dos oceanos.(16H)Paulo Coelho Parte III (Henrique Pinho): Bioenergias. Produção de combustíveis a partir da biomassa. Biogás, bioetanol e biodiesel. Aspetos ambientais.(16H)Henrique Pinho Componente prática: Resolução de problemas de aplicação e análise de casos de estudo.
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Método de avaliação/Bibliografia Mini teste e/ou trabalhos de síntese (70%) e avaliação da Assiduidade e Pontualidade, Iniciativa e Autonomia, Relações Interpessoais/Trabalho em equipa, Participação e Capacidade de Auto-Avaliação (30%) de acordo com as regras do Programa Vida Ativa. Fay, J., Golomb, D.S., Energy and the Environment, Oxford University Press and Open University, Oxford, UK, 2004 Rui Castro, Uma Introdução Às Energias Renováveis: Eólica, Fotovoltaica e MiniHídrica, IST PRESS, 2ª ed., 2013. Soetaert, W., Vandamme, E., Biofuels, Wiley-VCH, 2009
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Energia, Civilização e o Ambiente As sociedades modernas são caracterizadas por um consumo substancial de combustíveis fósseis e nucleares necessários para o funcionamento das infra- estruturas das quais estas sociedades dependem: produção de alimentos e água potável, vestuário, habitação, transporte, comunicações, e outros bens e serviços essenciais à actividade humana. A quantidade de energia utilizada e a concentração da sua utilização em áreas urbanas, causaram impactos ambientais, como a degradação da qualidade da água, ar, e ecossistemas à escala local e regional, bem como efeitos adversos na saúde das populações humanas. Fay, J., Golomb, D.S., Energy and the Environment, Oxford University Press and Open University, Oxford, UK, 2004 Mas….. A nossa vida depende da produção, conversão, transporte e armazenamento de energia!!
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Recursos de energia: primária, secundária e final A fonte de energia primária, também conhecida por fonte de energia natural, é uma fonte de energia que existe em forma natural na natureza e pode gerar energia de forma directa, destas destacam-se o carvão mineral, o petróleo e o gás natural, a energia hídrica, solar e eólica, de biomassa, oceânica e geotérmica. As fontes de energia podem classificar-se em renováveis e não renováveis. As fontes de energia renováveis são uma infinita fonte geradora mesmo que sejam utilizadas pelo Homem, possuindo a capacidade de se regenerar naturalmente. Por exemplo a energia solar, hídrica e eólica, de biomassa, oceânica e geotérmica. Quanto às fontes de energia não renováveis, como o combustível petroquímico e nuclear, são formadas no subsolo a partir de restos de animais e plantas que demoraram milhões de anos até se transformarem em combustível. Estes não podem ser recuperados rapidamente e as suas quantidades tornam-se cada vez mais reduzidas com o consumo por parte do homem. As fontes de energia secundárias são transformadas a partir das fontes de energia primárias, como por exemplo a energia eléctrica, gasolina, gasóleo, alcatrão, carvão mineral, vapor, entre outros. Energia final designa a energia tal como é recebida pelo utilizador nos diferentes sectores, seja na forma primária, seja na secundária.
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Conceitos fundamentais Uma das principais leis da natureza é o princípio de conservação da energia. Durante uma interacção a energia pode mudar de forma, mas a quantidade total permanece constante, ou seja, a energia não pode ser criada ou destruída. Existem vários sistemas de unidades. Continuam a existir dois sistemas muitos comuns na prática: O sistema USCS (United States Customary System) e o SI (Sistema Internacional). O SI é um sistema simples e lógico baseado na relação decimal entre as diversas unidades e é utilizado em trabalho científico e de engenharia na maior parte das nações industrializadas. Os Estados Unidos são a única nação industrializada ainda não totalmente convertida ao SI!
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Força, energia e potência No SI a unidade de força é o newton (N) O trabalho, que é uma forma de energia, pode ser definido como força x distancia, tendo portanto a unidade N.m a que se chama joule (J) No sistema inglês a unidade de energia é o Btu (British Thermal Unit) O trabalho realizado por unidade de tempo denomina-se por potência. A Unidade SI de potência é o Watt, W. Existem outras Unidades de Potência: CV, hp, erg/s, Btu/h, Cal/h……
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Para efeitos de contabilidade energética é necessário converter para a mesma unidade os consumos e/ou produções de todas as formas de energia. A unidade usualmente utilizada para o efeito é a tonelada equivalente de petróleo que, como o nome indica, é o conteúdo energético de uma tonelada de petróleo indiferenciado. A unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades é o Joule (J). A relação entre as duas unidades é: 1 tep = 41.86 x10 9 J No caso da energia eléctrica, usualmente contabilizada em "kilowatt hora" (kWh), a relação entre as duas unidades é a seguinte: 1 tep = 11 628 kWh Contabilidade Energética
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