Disciplina: ENERGIA E BIOENERGIA
Energia. Conceito.
Origem e interação entre as fontes e formas de energia.
Conversão de energia. Unidades de energia.
Prof. Dr. Eduardo Di Mauro
Departamento de Física, CCE, UEL.
O QUE É ENERGIA? O sol: fonte primária de energia.
A energia solar é responsável por praticamente todos os processos naturais observáveis no planeta Terra.
Da energia eólica associada a furações à energia térmica no solo dos desertos ardentes, da energia cinética nas águas de um rio caudaloso à energia potencial presente no vapor de água nas nuvens, da energia elétrica em uma tempestade de raios à energia hidrelétrica, da energia fóssil à renovável, da energia que as plantas usam para crescer até a que usamos para viver, todas têm por fonte primária a energia solar.
UNIDADES DE ENERGIA
Unidade Símbolo Equivalência
joule J = 1 N.m = 1 kg.m².s-2
erg (cgs) erg = 10-7 J
hartree (au) Eh ~ 4,359 75 x 10-18 J
rydberg Ry ~ 2,179 87 x 10-18 J
elétron-volt eV ~ 1,602 18 x 10-19 J
caloria termoquímica calth = 4,184 J
caloria internacional calIT = 4,1868 J
caloria a 15 oC calIT ~ 4,1855 J
atmosfera-litro atm-l = 101,325 J
British Thermal Unit Btu = 1055,06 J
Tipos principais de energia • Energia física
Energia hidráulica e mecânica (qualquer esforço para movimentar ou erguer um objeto)
Energia cinética e dinâmica (dos corpos)
• Energia química
Energia da combustão;
Energia de células fotoelétricas e fotovoltaicas;
Energias das reações químicas.
• Energia elétrica
Energia da movimentação de elétrons gerados por campo elétrico.
• Energia atômica
Energia da divisão do átomo – Fissão.
Energia proveniente da fusão dos átomos.
ENERGIA HIDRÁULICA
Primeiro ciclo de transformação:
Energia solar é que produz a energia
hidráulica das quedas d’água, cuja
origem é a conjugação da energia
gravitacional da Terra atuando sobre as
águas e a energia solar incidente sobre as
superfícies líquidas originando os rios, que
represados, tornam-se uma “fonte” de
aproveitamento econômico da energia
hidráulica.
A energia das quedas d’água se
expressa sob a forma de energia
mecânica, que impulsiona as
turbinas hidráulicas das usinas
hidrelétricas, cujo trabalho
disponível aciona os geradores
que geram energia elétrica.
Formas de energia
Primeiras formas de energia:
Esforço muscular (homem e animais), energia eólica (vento) e energia hidráulica (correnteza das águas).
Com a revolução industrial na segunda metade do século XVIII e no século XIX:
Máquinas a vapor; Máquinas movidas a energia elétrica - ELETRICIDADE
Máquina a vapor
Todas as máquinas térmicas
funcionam baseadas no
princípio de que o calor é
uma forma de energia, ou
seja, pode ser utilizado para
produzir trabalho, e seu
funcionamento obedece às
leis da termodinâmica.
A máquina ou motor a vapor
refere-se também a turbina a
vapor, outro tipo de máquina
térmica que explora a pressão do
vapor.
Um motor é um dispositivo que converte
outras formas de energia em energia
mecânica, de forma a impelir movimento a
uma máquina ou veículo. Em contraste,
existem os chamados geradores.
Lei da Conservação da Energia 1o Princípio da Termodinâmica
O uso da energia implica em
transformá-la
de uma forma para outra...
Energia total antes
da explosão = Energia total após
a explosão
Porém a energia, não é criada nem
destruida.
Sejam quantas forem as transformações,
a quantidade total de energia no Universo permanece constante.
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.
2o Princípio da Termodinâmica
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.
Energia eólica
• A energia eólica é a energia cinética transportada pelas massas de ar da atmosfera em movimento, ou seja, pelo vento.
• Uma máquina eólica, por exemplo, um aerogerador, absorve parte da energia cinética do vento através de um rotor aerodinâmico, convertendo-a em potência mecânica de eixo (torque x rotação) a qual é convertida em energia elétrica por meio de um gerador elétrico.
ENERGIA EÓLICA (vento)
Utilização da força de
arraste, que é a
componente da força
exercida pelo vento na
direção do seu movimento.
Esse tipo de aplicação é o
mais antigo, usado por
embarcações primitivas,
como as à vela.
ENERGIA EÓLICA (vento) • A outra maneira é o uso da força
perpendicular ao vento. Conforme a geometria e posição relativa de certas superfícies, a distribuição da pressão resultante do vento gera uma componente de força.
• É o caso das embarcações mais modernas que usam a vela latina, das velas das caravelas, da geometria da asa do avião, dos cataventos e dos aerogeradores.
Um aerogerador é um gerador elétrico integrado
ao eixo de um cata-vento e que converte energia
eólica em energia elétrica.
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
CONVERSÃO DE ENERGIA
São raros os processos na superfície da Terra que não se ligam de alguma forma à energia solar.
Exemplos de conversão de energia:
- energia hidráulica em energia elétrica;
- energia elétrica em energia luminosa (lâmpada);
- energia elétrica em energia sonora (rádio);
- energia elétrica em energia térmica (ferro de passar roupa, chuveiro e outros).
Fluxograma de energias
MUNIZ, Rafael Ninno. Pedagogia da energia.. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 6., 2006, Campinas. Proceedings online... Available from: <http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?
Petróleo e álcool Mundo:
Terras agriculturáveis > 1 bilhão de hectares
Utilizadas para produzir álcool = 10 milhões de hectares
Brasil:
Terras agriculturáveis = 152 milhões de hectares
Terras utilizadas = 62 milhões de hectares
Terras utilizáveis sem desmatamento = 90 milhões de hectares
Terras de pastagens = 177 milhões de hectares
Florestas nativas = 440 milhões de hectares
Terras utilizadas para produção de cana = 7 milhões de hectares
Parte utilizada para produção de álcool = 4 milhões de hectares
Parte utilizada para produção de açúcar = 3 milhões de hectares
Terras utilizadas para produção de soja = 23 milhões de hectares
Álcool:
Produção mundial = 600 mil barris / dia = 35 bilhões de litros/ano
Produção brasileira = 18 bilhões de litros/ano
Petróleo:
Produção mundial = 85 milhões de barris/dia = 5 trilhões de litros/ano
1 barril = 42 galões = 158,9873 litros ≈ 159 litros