Formas Fontes Conceitos Não renovável ENERGIA OVERVIEW Furukawa - IFUSP Yamamura - FUNDUNESP

O que o move?

Energia Não tem peso nem cor... ...tampouco cheiro! Mas pagamos por ela! Não podemos vê-la diretamente... ... Mas podemos percebê-la nas mudanças e transformações por ela produzidas.

A energia esta envolvida em todas as ações que ocorrem no Universo.

Produção de movimento contra uma resistência Origem da palavra ENERGIA enérgeia ENERGIA Capacidade de um agente para realizar trabalho Produção de movimento contra uma resistência

Energia é habilidade para realização de certo trabalho. Iluminação Crescimento Aquecimento Movimento Comunicação

A Energia pode se tornar presente sob diversas formas Energia Mecânica Potencial Gravitacional Cinética Energia Radiante ou Luminosa Energia Elétrica Energia Interna Energia Química Energia Nuclear Energia Eólica

a energia se transforma de uma forma em outra. Em ação, a energia se transforma de uma forma em outra. Exemplo

naturais ou inventados, Conversores mecanismos, naturais ou inventados, transformam energia de uma forma para outra.

Processo natural de conversão de energia. FOTOSÍNTESE

Processo da Fotosíntese 6CO2 + 6H2O + Radiação solar = 6[CH2O] + 6O2 Corpúsculo portador de clorofila existente no interior de células das folhas. Estrutura Organizada

Pirâmide alimentar e transformações de energia

Uma breve frisa do tempo 11,8 bilhões de ano 1a molécula organica: transformação de energia solar em energia química Conversores de Energia 2.500 a. C - Barco a vela 100 a. C – Moinho hidráulico 950 D.C – Moinho de vento 1769 – Máquina vapor 1800 – Pilha elétrica 1814 – Locomotiva a vapor 1827 – Turbina hidráulica 1831 – Indução eletromagnética 1866 – Dinamo 1878 – Lampada incandescente 1882 – Central hidroelétrica 1884 – Turbina a vapor 1893 – Motor diesel 1933 – Fissão nuclear 1953 – Célula fotovoltaica Buscar: Hot Big Bang

= Lei da Conservação da Energia 1o Princípio da Termodinâmica O uso da energia implica em transformá-la de uma forma para outra... porém ela, a energia, não é criada nem destruida. Energia total antes da explosão = Energia total após a explosão Sejam quantas forem as transformações, a quantidade total de energia no Universo permanece constante.

Na maioria das transformações parte da energia converte em calor... 2o Princípio da Termodinâmica As transformações não alteram a quantidade de energia do Universo. Embora permaneça inalterada, ... ... em cada transformação, a parcela da energia disponível torna-se cada vez menor. Na maioria das transformações parte da energia converte em calor... ... que ao se dissipar caoticamente pela vizinhança torna-se , cada vez menos disponível, para realização de trabalho. A energia total do Universo não muda, mas a parcela disponível para realização de trabalho, torna-se cada vez menor.

Fontes de energia Fontes Primárias Fontes Secundárias Transformação Recursos enérgéticos disponíveis na natureza ou que dela podem ser obtidos de forma direta. Ex. PETRÓLEO Fontes Primárias Transformação Produtos energéticos oriundos de Fontes Primárias mediante processo de transformação. Ex. ÓLEO DIESEL Fontes Secundárias

Milhões de ano para a formação Recompostas em curto espaço de tempo Fontes Primárias de Energia Petróleo Gás Natural Carvão mineral Minério de Urânio Biomassa Sol Vento Hidráulica Fontes Não Renováveis Milhões de ano para a formação Suprimento limitado Fontes Renováveis Recompostas em curto espaço de tempo

Recursos que se recuperam cíclica e naturalmente. Renováveis Recursos que se recuperam cíclica e naturalmente. Solares Várias formas: biomassa; hídraulica; eólica; solar direta; solar fotovoltaica; ondas marítimas. Não solares Mecânica: marés. Calor: geotérmica. Processos nucleares por fusão. Não renováveis Recursos que se esgotam com o uso. Solares Gasosa: gás natural. Líquida: petróleo cru. Sólida: petróleo pesado; areia betuminosa; xisto; série lignocelulósica (turfa, linhito, hulha ou carvão e antracito). Não solares Combustíveis nucleares.

Fontes secundárias de energia Centro de Transformação Fonte Primária Fonte Secundária Gasolina Óleo combustível GLP Óleo Diesel ... Refinarias Petróleo Cana de açucar Açucar Alcool Bagaço Destilarias

Centro de Transformação Energia Primária, Secundária e Final Centro de Transformação Fonte Primária Fonte Secundária Energia Secundária Energia Primária Centro de Transformação Energia Final Energia útil Conversor

Produzida a partir da Energia Potencial Gravitacional da água Energia Renovável Obtidas de fontes primárias renovavéis Hidroeletricidade Produzida a partir da Energia Potencial Gravitacional da água Energia da biomassa Proveniente da combustão ou de combustível extraido de detritos animais e vegetais (madeira, óleo vegetal, etc) Energia solar Capturada da radiação solar.Coletores solares. Células solares transforma energia solar diretamente em energia elétrica. Energia eólica Gerada pelo vento Energia geotérmica Uso do calor do planeta Terra Energia maremotriz Capturada das marés

Central Hidroelétrica ITAIPU Potência: 12.600 MW Reservatório:1.350 km2 Comprimento: 1.234 m Altura: 196 m Vazão diária média: 12.370 m3/s

Energia não renovável Combustíveis fósseis Combustíveis nucleares Oleo Combustível Oleo Diesel Gasolina Propano Gás Natural Carvão Mineral Urânio Plutônio

Usina nuclear

Central Termoelétrica Ciclo combinado Cogeração

Elementos Balanço Energético - Esquema sistema fechado Perdas Transformação Perdas Uso final Perdas Conversão Energia Primária Centro de Transformação Energia Final Ponto vista Setor Energético Energia Secundária Conversor Transformação direta Força motriz Calor de Processo Aquecimento Direto Iluminação Eletroquímica Outros Energia útil

Elementos Balanço Energético Esquema aberto

Medidas de energia Transformações e Transferência de Energia 1 J Energia envolvida para erguer, de 1 m, um corpo de aproximadamente 100 grama. Finalidade da transformação Forma pela qual a energia é transferida Unidade de medida Mecânica Trabalho = Fx · x Joule (J) Aquecimento Calor Caloria (cal) 1 cal Quantidade de calor que aquece 1 grama de água de 1oC.

Outras Unidades Equivalências – 1a Lei Unidade de Energia Equivalências 1 Btu 1.053 J 252 cal 1 cal 4,18 J 1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal 1 kWh 3,6 MJ 860 kcal 1 eV 1,6 x 10-19 J

Padrão usado nos balanços energéticos Tep tonelada equivalente de petróleo É o poder calorífico superior médio – PCS – do petróleo brasileiro cujo valor é 10.800 kcal/kg   1 tep brasileiro = 10.800 Mcal 1 tep standard = 10.000 Mcal

Poder calorífico dos combustíveis Energia liberada pela combustão completa de 1 kg (ou 1 m3 normal) Poder Calorífico Superior PCS Leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição Poder Calorífico Inferior PCI Não leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição

PCS e PCI Gás Combustível PCI (kcal/kg) PCS Gás Natural Campos 14.600 16.200 Gás Natural Santos 14.400 16.000 Gás Natural Bolivia 14.900 16.500 GLP 11.000 12.000 Hidrogênio 28.500 33.900 Metano 11.900 13.300 Propano Combustível Solido e liquido Contéudo energético ( kcal/kg) Carvão seco 7.000 Turfa 882 Gasolina 9.600 Petroleo Br 10.800 Urânio 19.000x106 Madeira 3.500 Alcool hidratado 6.800

Balanço de Energia Util e Energia Final Perdas Eficiência na conversão Eficiência da conversão para cada setor depende: do energético e do uso final. Setor Residencial Industrial Transporte ... Energia Final Conversor Energia Útil EF = EU + Perdas Uso Final Calor de processo Força Motriz Iluminação .... Lei da Conservação 1a Lei Termodinâmica Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i] i = energético j = uso final

Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i] i = energético j = uso final Setor Residencial Energético (i) Uso (j) Eff Gás Natural Calor 50% Motriz 25% Eletricidade 95% 75% E.U [i,j] = Eff [i,j] x E.F [i] A Energia Util, por setor, depende de como a Energia Final se distribui pelo setor, e da eficiência de cada uso.

Balanço da energia útil Eficiências/Rendimentos Exemplo simplificado Setor residencial Balanço da energia útil Valores em tep E.Final EF(i) Distribuição por uso D(i,j) Eficiências/Rendimentos Eff(i,j) Energia útil EU(i,j) E.Util EU(i) Motriz Calor Outros Total Gás Natural 5000 0,20 0,80 0,25 0,50 - 250 2000 2250 Eletricidade 4000 0,40 0,35 0,75 0,95 0,3 1200 950 420 2570 8000 0,98 0,02 0,10 0,025 784 4 788 17000 1450 3734 424 5608 1.- Vantagem: considera os rendimentos nos diferentes usos 2.- Inconveniencia: como o rendimento depende do uso, a totalização não traduz a potencialidade do enérgético.

Fontes Alternativas de Energia Energia Solar Energia Eólica Biomassa PCH’s Mare-Motriz Células Combústivel

Energia Solar Aquecimento de edifícios Sistema Ativo Sistema Passivo Usa dispositivos e equipamentos mecânicos para transportar calor Termo Solar Sistema Ativo Aquecimento de edifícios Radiação Convecção Condução Coleta e transporta calor por meios naturais Sistema Passivo Produção de eletricidade Solar Fotovoltáico Efeito Fotovoltáico Radiação solar diretamente em eletricidade

Energia eólica Potmax = ½ dAv³ Captada por sistema de hélices, a energia eólica é transformada em eletricidade nos aerogeradores. d = massa específica do ar A = secção tubo vento = πR2 v = velocidade vento

Pequena Central Elétrica PCH Pequena Central Elétrica PCH’s Geração de eeletricidade de baixo impacto no ecossistema. Potência entre 1 e 30 MW

Energia Maremotriz Primeira Usina Maremotriz - 1966 Estuário do rio Rance – França Diferença de altura média: 8,2 m Potencia: 240 MW As marés que animam os oceanos é fonte de energia mecânica, limpa e inesgotável que pode ser captada por turbinas para gerar eletricidade.

Células Combustível Baterias (pilhas) que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica, elas possuem uma operação contínua graças a alimentação constante de um combustível, o Hidrogênio.

2 Kg de Carboneto de Cálcio Biogás Equivalências Energéticas: 1 m 3 de Biogás = 6.000 Kcal - é equivalente a: 1,7 m3 de Metano 1,5 m3 de Gás de Cidade 0,8 L de Gasolina 1,3 L de Álcool 2 Kg de Carboneto de Cálcio 0,7 L de Gasóleo 7 Kw h de Eletricidade 2,7 Kg de Madeira 1,4 Kg de Carvão de Madeira 0,2 m3 de Butano 0,3 m3 de Propano  

Biodiesel Reação com álcool catalisador Fonte Primária Soja, girassol, mamona, algodão, amendoin, etc Fonte Secundária Óleos vegetais respectivos Reação com álcool catalisador Uso Motores de veículos Geração de eletricidade (bioeletricidade) Biodísel, o “diesel natural” matéria-prima em diversos ramos da indústria cosméticos, remédios e explosivos. Poder calorífico 9.500 kcal/kg

Etanol – Álcool Etílico Cana de açucar Bagaço Etanol – Álcool Etílico C2H5OH Cogeração O etanol combustível é composto, aqui no Brasil, de 96% de etanol e 4% de água. Aparece na nossa gasolina, como substituto do chumbo, com 22%, formando o chamado gasool. Calor Eletricidade

Boa Prova!