1. INTRODUÇÃO QUE ATINGE A TERRA EM 10 DIAS É DE COMBUSTÍVEL CONHECIDAS

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1 1. INTRODUÇÃO A QUANTIDADE DE ENERGIA SOLAR QUE ATINGE A TERRA EM 10 DIAS É EQUIVALENTE A TODAS AS RESERVAS DE COMBUSTÍVEL CONHECIDAS

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7 Planeta Terra 5,6 bilhões de anos Surge a Vida 3 bilhões de anos Surgem os Primatas 2 milhões de anos Dia 1 o de Janeiro 0h00min Dia 16 de julho 12h58min Dia 31 de dezembro 20h52min

8 HOMEM Homo sapiens 350 mil anos HOMEM INTELIGENTE Dia 31 de dezembro 23h27min Domínio da Agricultura Há 7 mil anos Dia 31 de dezembro 23h59min20s Capacidade de Sustentação t do Planeta: 5 milhões de Seres Humanos (Expectativa de Vida = 29 anos)

9 2 Bilhões Hoje No Ano de Anos Anos Bilhão 25 2,5 60 6,0 12 Bilhões Bilhões Bilhões Expectativa de Vida: 75 Anos

10 AC Primeira Era Glacial. Existem várias espécies de Primatas Eretos, semelhantes ao Homem Antes de a O Homem começa a utilizar o fogo Domínio da Agricultura Domesticação de cabras, porcos, ovelhas e bovinos

11 4.000 Domesticação do cavalo Invenção da roda (Mesopotâmia) Tecnologia do ferro 300 Rodas D água (Grécia) 200 Arreios modernos (China) 650 Moinhos de vento Arreios para Carroças 852 Queima de Carvão num monastério inglês Cervejeiros e ferreiros utilizam carvão como combustível

12 1.600 Instalações hidráulicas de Versalhes consomem 56kW de energia Primeiro motor a vapor experimental Huygenes fabrica um MCI com pólvora Papin concepção do motor de êmbolos Leibnitz formula a lei de conservação de energia Newcomen e fabrica a primeira máquina a vapor Watt concebe o motor a vapor moderno

13 1.789 Trabalhos de Coulomb sobre eletrostática a Oersted, ed, Ampere, e, Faraday dye Maxwell sobre eletricidade. Carnot e Classius formulam os princípios da termodinâmica Primeiro poço de petróleo Pensylvania - EUA Otto concebe o motor de 4 tempos Iluminação com lâmpadas incandescentes - NY Becquerel ldescobre a radioatividade id d Primeiro vôo dos irmãos Wright

14 Goddard - primeiro foguete com carburante líquido Pi Primeiroi vôo de umavião ajato jt Funciona o primeiro reator atômico - EUA Primeira explosão nuclear Novo México, EUA Primeiro satélite artificial (Sputnick I URSS) e Primeira Central de Energia Nuclear - EUA OH Homem chega àlua Início da Primeira crise do petróleo.

15 2. DADOS FÍSICOS SOBRE O SOL Distância da Terra Raio (1,4960 ± 0,0003) 0003) 10 8 km (6,960 ± 0,001) 10 5 km Massa (1,991 ± 0,002) 002) kg Densidade média (1,410 ± 0,002) kg/m 3 Energia total média produzida Fluxo de energia superficial Temperatura superficial (3,86 ± 0,03) MW 63,4 MW/m 2 (5780 ± 50) K Constante t Solar 136kW/ 1,36 kw/m 2 (à distância i média)

16 3. FATORES QUE INTERFEREM NA ENERGIA SOLAR NA SUPERFÍCIE DO PLANETA km 100 km Radiação Solar (%) Ângulo do Sol em Relação ao Horizonte (graus) Atmosfera Radiação solar junto ao solo em função do posicionamento relativo do Sol no horizonte (Adaptado de Cometta, s.d.)

17 10,5 IRRADIAÇÃO SOLAR (kwh h/dia) 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2, ,5 jan fev mar abr mai jun ago set out nov dez jul IRRADIAÇÃO DIÁRIA TOTAL NO DIA 21 DE CADA MÊS Variação da radiação solar diária total (latitude 40 o ): 1- Sup. Perpendicular seguindo o Sol, 2- Sup. Horizontal, 3- Sup. Orientada p/ osul inclinada 30 o, 4- Idem com inclinação igual àlatitude, 5- Idem, inclinação latitude mais 10 o, 6- Idem, mais 20 o, 7- Superfície Vertical voltada para o sul (Adaptado de Cometta)

18 23 de Setembro 21 de Dezembro 21 de Junho 20 de Março Fonte: Palz, 1981

19 Irradiação Solar No Brasil

20 Janeiro Fevereiro Março Abril Variação Mensal Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro

21 Valores anuais médios de radiação solar incidente sobre a Terra, fora da atmosfera e na superfície (kwh/m 2 /dia) (Cometta, s.d.) Latitude em graus Fora da Atmosfera 10,20 10,06 9,61 8,92 8,02 6,91 Na superfície 6,63 6,57 6,42 6,10 5,49 4,69 Considerações: I o = W/ m 2 Raio do Planeta = 6,37 x 10 6 m Consumo humano mínimo = kj/dia W = j/s A quantidade de energia solar que chega, por unidade de tempo e por unidade de área, a uma superfície perpendicular p aos raios solares, à distância média Terra-Sol, se chama constante solar

22 REPARTIÇÃO DO FLUXO ENERGÉTICO ENVIADO PELO SOL SOBRE A TERRA 100% Radiação fora da Atmosfera 7% Difusão molecular 24% Reflexão nas nuvens 4% Reflexão da Terra 18% absorção Atmosférica Adaptado de Palz, % Radiação na Superfície

23 COMO A ENERGIA QUE CHEGA À SUPERFÍCIE É USADA? Fonte: Palz, 1981

24 À luz de tudo o que se afirmou, por que o aproveitamento da energia solar para fins práticos é inexistente? É disseminada É descontínua (condições temporais, geográficas e atmosféricas) É de difícilil armazenagem

25 EQUILÍBRIO ENERGÉTICO TERRESTRE Fonte: Palz, 1981

26 Fonte: Palz, 1981

27 4. EXEMPLOS DE SISTEMAS DE CAPTAÇÃO 4 1 Central Solar de Receptor Central 4.1. Central Solar de Receptor Central (Fonte: Palz, 1981)

28 Fonte: Palz, 1981 Fonte: Palz, 1981

29 4.2 Coletores es parabólicos abó De Calhas

30 De Calota

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32 4.3 Coletores planos

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34 EXERCÍCIO: Determinar área (A) de um coletor solar plano para fornecer energia térmica visando aquecer diariamente i 100 litros de água para utilização em uma residência, com temperatura de alimentação de 20 0 C até 50 0 C, se o tempo de insolação diário i for de 8h Q = m. C. Δt m 100 kg C 1cal/g 0 C 1 cal = 4,18 J Δt (50 20) = 30 0 C m massa de fluido C capacidade calorífica do fluido (calor específico) Δt diferença ença de temperatura a

35 Q = 100kg. 1 cal C. 1000g. 4,18 J g 0 C kg cal Q = J 1 Watt = 1 J/s I = W/m 2 Qual é a ÁREA de coletor necessária para captar essa quantidade de energia?

36 I = W/m 2 Devido à rotação da Terra, a energia média incidente no topo da atmosfera, por unidade de área e por unidade de tempo, é aproximadamente 1/4 da constante solar. Além disso, a atmosfera reflete 39% da radiação, de forma que apenas 61% é usada no aquecimento da Terra. Chamando a energia média que chega perpendicularmente à superfície da Terra, por unidade d de tempo e por unidade de área, temos que: E = z. 0,61 = 208 W/m 2 4

37 E z = 208 W/m 2 S área do coletor (m 2 ) S = E n η. E z. t E n energia necessária para o efeito desejado η rendimento do coletor E z - quantidade de energia solar efetivamente t recebida no local t tempo diário de insolação S = J 0, W.8h m 2 1 W s J 1 h 3600 s = 4,19 m 2

38 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). O FENÔMENO É DENOMINADO O DE EFEITO FOTOELÉTRICO O LUZ - + e - e - e - Tubo de vácuo Luz incidindo na placa negativa, elétrons são emitidos com uma quantidade de Energia cinética inversamente proporcional ao comprimento da onda da luz Incidente.

39 CÉLULA FOTOVOLTAICA

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

41 CÉLULAS FOTO VOLTAICAS

42 Bibliografia Indicada Cometta, E. Energia Solar. Hemus, p. Luiz, A. M. Como aproveitar a energia solar. Edgard Blucher, p. Palz, W. Energia solar e fontes alternativas. Hemus, g p.