Prof. Eberson José Thimmig Silveira

Apresentação em tema: "Prof. Eberson José Thimmig Silveira"— Transcrição da apresentação:

1 Prof. Eberson José Thimmig Silveira
Conservação de Energia, Eficiência e Balanço de Energia Útil Prof. Eberson José Thimmig Silveira

2 Estrutura da Aula Fluxograma da Energia Conservação de Energia
Eficiência na Conservação de Energia Balanço de Energia Útil Balanço de Energia Útil: Destino da Energia Útil por Setores Eficiência por Uso: Força Motriz

3 Centros de Transformação
Fluxograma da Energia nos Balanços Mundiais Primários: Petróleo; Gás Natural; Carvão Mineral ROM; Energia Hídrica; Urânio; Lenha; Cana-de-Açúcar; Casca de Arroz Centros de Transformação Secundários: Derivados do Petróleo; Derivados do Carvão Mineral; Derivados da Biomassa; Eletricidade Setores de Consumo: Agrícola; Industrial, Comercial, Transportes, Serviço Público e Energético. Destino da Energia Final: Força Motriz; Calor de Processo; Aquecimento Direto; Iluminação; Eletroquímica Útil Perdas

4 Fluxograma da Energia no RS

5 Conservação de Energia
A quantidade total de energia em um sistema isolado sempre permanece constante; Em um sistema isolado a energia é conservada. Por exemplo, se o nosso sistema isolado ou fechado for o próprio universo, então a lei da conservação da energia estabelece que a energia total no universo é uma constante e permanecerá assim; Em um sistema não isolado, ou seja, capaz de interagir com o mundo exterior, a energia que entra nele é igual à energia que sai dele mais a energia que ele armazena. Por exemplo, numa casa com energia solar passiva a energia térmica que entra pela radiação solar é igual à energia térmica que sai mais a energia térmica armazenada.

6 Conservação de Energia
Figura: casa com energia solar passiva. energia que entra = energia que sai + energia armazenada

7 Conservação de Energia
Outro exemplo é uma termelétrica à vapor. Nela, o combustível (óleo combustível ou diesel, carvão, gás natural ou biomassa) é queimado na unidade da caldeira da usina de vapor. A combustão do combustível utilizado gera calor, que aquece a água e a converte em vapor (a água ganha energia térmica). O vapor, de alta temperatura e alta pressão, é direcionado através das hélices (lâminas) de uma turbina que tem um eixo acoplado mecanicamente ao eixo de um gerador elétrico. A turbina, ao girar pela passagem do vapor, faz funcionar o gerador de eletricidade. O vapor, com temperatura e pressão rebaixadas, deixa a turbina e passa através de um condensador onde retorna à forma líquida. O condensador, por sua vez, utiliza a água fria de um rio ou lago para realizar a troca de calor e transformar o vapor em água a qual, através de bombeamento, retorna novamente para a caldeira. A água usada no condensador retorna para o rio ou lago aquecida.

8 Figura: diagrama de blocos de uma termelétrica.
Entrada de energia = saída de energia, uma vez que não ocorre armazenamento.

9 Conservação de Energia
A entrada total de energia neste sistema é obtida pela soma da energia química do combustível utilizado para o aquecimento da água da caldeira mais a energia do ar (oxigênio) para a combustão mais a energia térmica da água utilizada na refrigeração do condensador. A saída total de energia é obtida pela soma da energia elétrica gerada e exportada pela usina mais a energia térmica da água quente que deixa o condensador e a energia dos gases de combustão emitidos pela chaminé. Nenhuma energia é armazenada, já que a água retorna à caldeira com a mesma energia térmica de quando o processo foi originalmente iniciado. A equação da conservação de energia da usina é:

10 Eficiências na conversão de energia
Ainda que a energia seja conservada num processo de conversão de energia, a produção de energia útil é sempre menor que a entrada de energia. Por exemplo, da energia elétrica utilizada para alimentar uma lâmpada incandescente, 4% é transformado em luz (energia útil) e os 96% restantes são perdidos (energia perdida) sob forma de calor. Diz-se então que a eficiência do processo de conversão de energia elétrica em luz é de 4%. A eficiência de um processo de conversão de energia é definida como: A parcela de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis como calor.

11 Eficiências na conversão de energia
Processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica e sua eficiência No exemplo da figura, a porcentagem da energia do combustível (carvão) convertida em energia elétrica é calculada por:

12 Eficiência de alguns sistemas e esquemas de conversão de energia

13 Balanço de Energia Útil

14 Balanço de Energia Útil
O Balanço de Energia Útil é uma ferramenta que tem o objetivo de ampliar o conteúdo das informações apresentadas pelos Balanços Energéticos. Ela permite que se faça uma estimativa da energia efetivamente aplicada nos principais Usos Finais. Na Versão 2005 do BEU/BEN são contempladas as seguintes categorias de Usos Finais: Força Motriz: Energia usada em motores estacionários ou de veículos de transporte individual ou coletivo, de carga, tratores, máquinas agrícolas, de terraplenagem e de movimentação de terras. Calor de Processo: Energia Usada em caldeiras e aquecedores de água ou de fluidos térmicos.

15 Balanço de Energia Útil
Aquecimento Direto: Energia usada em fornos, fornalhas, radiação, aquecimento por indução, condução e micro-ondas. Refrigeração: Energia usada em geladeiras, freezers, equipamentos de refrigeração e ar condicionado tanto de ciclo de compressão como de absorção. Iluminação: Energia usada em iluminação de interiores e externa. Eletroquímica: Energia usada em células eletrolíticas, processos de galvanoplastia, eletroforese e eletrodeposição. Outros Usos: Energia usada em computadores, telecomunicações, máquinas de escritório, xerografia e equipamentos eletrônicos de controle.

16 Balanço de Energia Útil
O Balanço de Energia Útil é um modelo que permite processar as informações setoriais dos Balanços Energéticos para obter estimativas da Energia Final destinada a sete diferentes Usos Finais (Força Motriz, Calor de Processo, Aquecimento Direto, Refrigeração, Iluminação, Eletroquímica e Outros Usos) e, com base nos rendimentos do primeiro processo de transformação energética, estimar a Energia Útil. A Energia Final é composta pela soma de duas parcelas: a Energia Útil e a Energia Perdida. Esta, por sua vez é composta pela soma do Potencial de Economia de Energia (que é estimado pelo MAPEE) com a Energia não Recuperável (apurada por diferença).

17 Balanço de Energia Útil
A relação entre a Energia Útil e a Energia Final corresponde ao que podemos chamar de Rendimentos Energéticos Médios dos Setores para a conversão de Energia. Na tabela ao lado apresentamos a variação desses Rendimentos Energéticos Médios para todos os setores contemplados na matriz energética brasileira.

18 Balanço de Energia Útil
O Balanço de Energia Útil constitui uma matriz de três dimensões montada a partir do destino da Energia Final: energia motriz, calor de processo, aquecimento direto, iluminação, eletroquímica e energia para outros fins. Esse desdobramento é feito com base em dois coeficientes: pjik - que indica a parcela de Energia Final i no setor de atividade j que é destinado ao uso final k, e rjik - que indica o rendimento da transformação da Energia Final i no setor de atividade j com relação ao uso final k. A Energia Útil EUjik (Energia Útil i no setor de atividade j para o uso final k) é dada pela relação:

19 Balanço de Energia Útil
O BEU/BEN contempla os sete Usos Finais, já relacionados, e dezoito Formas de Energia que tem consumo final registrado no BEN. O BEU 2005 é disponível numa versão compacta que contempla os vinte setores de atividades relacionados no BEN, e numa versão ampliada, na qual se faz o desdobramento de alguns setores que são grandes consumidores de energia.

20 Balanço de Energia Útil: Destino da Energia Útil por Setores
O setor Comercial compreende os seguintes serviços: Comércio Varejista; Comércio Atacadista; Serviços de Comunicações; Serviços de Alojamento e Alimentação; Serviços de Reparação, Manutenção e Instalação; Serviços Pessoais; Serviços de Radiodifusão, Televisão e Diversões; Serviços Auxiliares Diversos; Serviços de Saúde; Serviços de Administração, Locação e Arrendamento de Bens e Serviços de Loteamento e Incorporação de Bens Imóveis; Holding - Controladoras de Participações Societárias; Instituições Financeiras; Sociedades Seguradoras de Capitalização e Entidades de Previdência Privada; Escritórios Centrais e Regionais de Gerência e Administração; Serviços Comunitários e Sociais; Ensino e Cooperativas.

21 Balanço de Energia Útil: Destino da Energia Útil por Setores
O setor Agropecuário compreende: Agropecuário; Agricultura; Outros tipos de culturas vegetais; Pecuária; Outros tipos de criação animal; Extração Vegetal; Pesca e Agricultura.

22 Balanço de Energia Útil: Destino da Energia Útil por Setores
O setor Ferro-Gusa e Aço compreende: Siderurgia, exclusivo: Produção de ferro-ligas em formas primárias e semi-acabadas; Produção de fundidos de ferro e aço; Produção de forjados de aço.

23 Eficiência por Uso: Força Motriz

24 Eficiência por Uso: Força Motriz

25 Aquecimento Direto O aquecimento direto é uma das aplicações da energia mais freqüentes e mais diversificadas. Em cada setor e para cada tipo de insumo energético o aquecimento direto assume uma forma própria com características de rendimentos energético próprias. Frequentemente encontram-se, dentro de um mesmo setor, equipamentos muito diferenciados que usam o mesmo insumo energético. Além disso, o rendimento efetivo depende substancialmente das condições de operação

26 Rendimentos dos Energéticos no Aquecimento Direto

27 Aquecimento Direto nos Setores Residencial, Comercial e Público
O aquecimento direto nesses setores ocorre primordialmente no cozimento de alimentos, na secagem de roupas e no aquecimento de ambientes. Os insumos energéticos mais usados para essas finalidades são o GLP, o gás e a eletricidade. Especificamente para a função de cozimento de alimentos ainda há um uso considerável de lenha, carvão vegetal e querosene. No caso do aquecimento elétrico as tecnologias mais usadas são o aquecimento resistivo e o aquecimento por micro ondas. O rendimento típico do forno de micro ondas é de 90%. No caso do forno a resistência a eficiência é menor. O uso do aquecimento resistivo é, no entanto, muito maior, principalmente no setor Comercial e Público.

28 Aquecimento Direto no Setor Agropecuário
O aquecimento no setor agropecuário é usado, principalmente, para promover a secagem de produtos alimentícios aumentando a sua capacidade de armazenamento. Muitos, são os tipos de equipamentos usados: Spray dryers, tambor rotativo (em processo contínuo e descontínuo), forno túnel com transporte do material por esteira, etc. No caso de aquecimento elétrico a tecnologia mais usada é o aquecimento resistivo. No caso de combustíveis, os gases da combustão circulam através do material a ser processado. O rendimento dessas tecnologias acaba se nivelando por causa da necessidade de arrastar o vapor extraído, o que requer excesso de ar.

29 Calor de Processo – Rendimentos Energéticos

30 Iluminação – Rendimentos Setoriais

31 Iluminação – Eficiência e Usos
A iluminação a querosene e a GLP só é usada nos setores Residencial, Agropecuário e Mineração e, mesmo assim, em pequenas quantidades. Verifica-se, porém, consumos ocasionais de querosene iluminante em outros setores de atividade. Por esse motivo é que foi registrada a mesma eficiência em todos os segmentos. No Setor Residencial a eficiência registrada se baseia na utilização predominante de lâmpada incandescente. Existe uma crescente utilização de lâmpadas fluorescentes e de incandescentes de alto rendimento e de um aumento do rendimento de todas as modalidades de iluminação. Nos setores Comercial, Energético e Industrial a eficiência registrada se baseia na utilização predominante de lâmpadas fluorescentes. No setor Público a eficiência registrada se baseia no uso combinado de lâmpadas de vapor de mercúrio e de vapor de sódio.

32 Demanda de Energia no Setor Comercial

33 Demanda de Energia no Setor Industrial de Ferro Gusa e Aço

34 Demanda de Energia no Setor Agrícola

35 Exercício dado em aula: Balanço de Energia Útil do Setor Comercial

36 Densidades e Poderes Caloríficos Inferiores dos Energéticos que Compõem a Matriz Energética Brasileira, 2006

37 Unidades de Medida e Fatores de Conversão para tonelada equivalente de petróleo (tep) dos Energéticos que Compõem a Matriz Energética Brasileira, 2006

38 Relações entre Unidades e Fatores de Conversão para Energia