Disciplina: ENERGIA E BIOENERGIA

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1 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.

2 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.

3 UNIDADES DE ENERGIA Unidade Símbolo Equivalência joule J = 1 N.m = 1 kg.m².s -2 erg (cgs) erg = 10-7 J hartree (au) E h ~ 4, x J rydberg Ry ~ 2, x J elétron-volt ev ~ 1, x J caloria termoquímica cal th = 4,184 J caloria internacional cal IT = 4,1868 J caloria a 15 o C cal IT ~ 4,1855 J atmosfera-litro atm-l = 101,325 J British Thermal Unit Btu = 1055,06 J

4 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.

5 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. 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.

6 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

7 Máquina a vapor 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. 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.

8 Lei da Conservação da Energia 1 o Princípio da Termodinâmica O uso da energia implica em transformá-la de uma forma para outra... Porém 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.

9 2 o 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.

10 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.

11 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.

12 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.

13 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

14 Composição da CÉLULA FOTOELÉTRICA

15

16 EFEITO FOTOVOLTAICO

17 ESQUEMA DE CÉLULA FOTOVOLTAICA

18 CAMPO ELÉTRICO

19 LÂMPADA FLUORESCENTE

20 ENERGIA NUCLEAR

21 FISSÃO NUCLEAR

22

23 FUSÃO NUCLEAR

24 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).

25 Fluxograma de energias MUNIZ, Rafael Ninno. Pedagogia da energia.. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 6., 2006, Campinas. Proceedings online... Available from: <

26 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