Lista de exercícios No. 3. EN Energia, meio ambiente e sociedade

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1 1 Lista de exercícios No. 3 EN Energia, meio ambiente e sociedade 3.1) Por que é importante avaliar o impacto ambiental do setor energético levando em consideração toda sua cadeia produtiva? 3.2) Por que é importante avaliar o impacto ambiental do setor energético levando em consideração todo seu ciclo de vida? 3.3) O que é pegada ecológica? 3.4) O que são impactos ambientais local, regional e global? Dê dois exemplos de cada um. 3.5) Qual é a importância do número de elos da cadeia de geração de energia quando se estuda o impacto ambiental? 3.6) Qual é a importância da densidade energética da fonte primária de energia quanto ao impacto ambiental? 3.7) Utilizando as definições do coeficiente de impacto, mostrar como é possível baixar o impacto do setor de energia. 3.9) Muitos impactos são monitorados por meio de indicadores ou variáveis mensuráveis indiretas. Dê 2 possíveis indicadores para: a) mudanças climáticas; b) perda de biodiversidade. 3.10) Suponha que em uma região deseja-se instalar um parque de geração de energia elétrica para atender sua demanda. A potência total a ser instalada (capacidade) é de 2000 MW. As opções disponíveis são gás natural, nuclear hidrelétrica e eólica. Considere que a sociedade esteja interessada nas seguintes questões: saúde, segurança e risco de acidentes, uso de água, mudanças climáticas, biodiversidade e consumo de matéria prima. Utilize coeficientes de impacto para verificar qual é a melhor opção. 3.11) Qual é a geração de energia elétrica de origem térmica nos últimos 5 anos no Brasil? Compare com a geração de origem hidrelétrica no mesmo período. Informe o site onde encontrou a informação. 1

2 2 3.12) Explique o ciclo de vida da geração nucleoelétrica e da geração térmica fóssil. 3.13) Explique o conceito de barreiras múltiplas para a estocagem de rejeitos radioativos. 3.14) Explique o que são rejeitos de baixo, médio e alto nível. Por que os rejeito de alto nível e de meia vida longa devem ser enterrados em depósitos de profundidade maior? 3.15) Explique qual deve ser o procedimento tecnológico para reduzir os rejeitos radioativos de longa duração (actinídeos)? 3.16) a) Determine a dose de radiação na cabeça de uma pessoa que fala ao telefone celular durante 5 minutos; b) Determine a dose recebida por uma pessoa caminhando em Santo André no meio dia durante 5 minutos exposta a radiação solar. Por que estas doses não causam tanto dano ao indivíduo quanto aquelas oriundas da radiação X e gama? Dica: estime a energia de cada fóton e compare com aquela necessária para ionizar as moléculas do corpo humano. Ionização destrói as moléculas; aumento de energia cinética causa apenas elevação de temperatura do corpo. 3.17) Planeja-se instalar uma usina de energia em Santa Catarina com uma potência térmica de 1600 MW que utiliza como combustível carvão com um teor de 2 % de cinzas e 3 % de enxofre. a) Qual é a taxa de emissão de particulados para o meio ambiente? b) Se é instalado um precipitador eletrostático com eficiência de 95 % qual passa ser a emissão de particulados? c) Se as cinzas contém 1 ppm de mercúrio, quantas toneladas de mercúrio serão emitidas por ano? d) Quantas toneladas de SO 2 serão emitidas em um ano? Quanto pode diminuir a emissão de SO 2 utilizando sistemas de remoção de scrubber? 3.18) A taxa de emissão de carbono pelos EUA em 1996 era de 5310 x 10 9 ton/ano e da China, 3370 x 10 9 ton/ano. Suponha que a taxa de emissão americana tenha caído 0,1 % ao ano devido os esforços deste país para não promover o aquecimento global e que a taxa chinesa tenha crescido 5 % ao ano devido ao seu forte crescimento econômico. Determine quando a taxa de emissão anual de carbono da China ultrapassou a EUA. 3.19) A poluição térmica, ou seja, a adição de calor indesejado ao ambiente, pode ocorrer quando uma usina termelétrica utiliza água de um rio, como por exemplo, a usina Piratininga de 219 MW elétricos que usa água do Rio Pinheiros para rejeitar o calor. a) Quais são os impactos causados nos rios, lagos e oceanos quando a temperatura da água devolvida após o uso na usina é de mais 2 o C? b) Qual deve 2

3 3 ser a vazão de água necessária para aumentar apenas 2 o C a água do rio Pinheiros. c) Compare a vazão necessária com a vazão do rio (encontre na internet) e comente. Qual foi a solução técnica encontrada pelos projetistas da instalação? Suponha que a eficiência termodinâmica do ciclo térmico da usina seja 50 %. 3.20) No Estado do Rio de Janeiro está sendo construída uma central nuclear de 1350 MWe. Uma outra opção de geração de eletricidade poderia ser a fonte gás natural oriunda do pré-sal. Faça uma avaliação ampla dos impactos ambientais e sociais e compare as duas opções. Considere efeito estufa, uso de água, consumo de matéria prima, morbidade e acidentes. Enriqueça sua análise levando em consideração o acidente de Fukushima. 3.21) Explique o mecanismo de funcionamento do Efeito Estufa. 3.22) Explique o mecanismo de funcionamento do efeito de destruição da camada de ozônio. 3.23) A partir da constante solar, mostre que a radiação solar incidente na superfície da Terra é 342 W/m 2. Dica: compare a área exposta do nosso planeta exposta para a radiação solar e a sua superfície total. 3.24) A temperatura da superfície do Sol é 5800 K e da Terra 14,5 o C. a) Determine o fluxo de energia emitido pelo Sol e pela Terra considerando que ambos sejam um corpo negro. b) Determine o fluxo de energia na superfície da Terra oriundo da emissão solar. Dica: obtenha o raio do Sol e a distância Sol Terra na internet e descubra como o fluxo de energia ou radiação (por unidade de área) varia a partir de uma fonte pontual. 3.25) Parte da radiação térmica emitida pela superfície da Terra interage com os gases do efeito estufa presentes na atmosfera. Sabe-se que a taxa de absorção desta radiação é proporcional à concentração desses gases na atmosfera e também ao poder de aquecimento global desses gases. Suponha que f represente a fração do fluxo de calor emitido pela Terra, absorvida por estes gases e reemitida de volta para a superfície da Terra. a) A partir da figura abaixo, determine f. b) Suponha que a fração f seja proporcional à concentração de CO 2 na atmosfera e dado por f = μ C onde C é a concentração equivalente de CO 2 dos gases de efeito estufa expressa em ppm. Se a concentração de CO 2 na atmosfera for 375 ppm, determine o valor de μ (não esqueça de informar a unidade). Dica: faça um balanço de energia em regime permanente. Resposta: a) f=0,397; b) μ = 0,0011 ppm -1. 3

4 4 3.26) Considere que atualmente a taxa de emissão de CO 2, um dos gases do efeito estufa, seja de 4,5 ppm/ano e que a capacidade de assimilação do planeta (remoção desses gases) possa ser representada por uma taxa percentual de 1 %/ano. a) Se em 2000 a concentração de CO 2 era de 375 ppm, calcule esta concentração em b) Se o planeja não contribuísse com a remoção de CO 2, qual seria a concentração em 2060? Respostas: a) 395 ppm; b) 430 ppm. 3.27) Suponha que a concentração de CO 2 na atmosfera seja de 375 ppm e que a fração f das emissões terrestres que retornam à superfície devido ao efeito estufa seja 0,397. Estime o incremento na temperatura média da superfície terrestre se a concentração de CO 2 na atmosfera crescer para 395 ppm. Dica: use teoria da perturbação. Resposta: ΔT = 2,66 K. 3.28) Pesquise na Internet e explique os protocolos de Kioto e Montreal. 3.29) Suponha que a atividade humana relacionada com a queima de combustíveis fósseis com certeza provoca diminuição da camada de ozônio e cria o Efeito Estufa. A afirmação é verdadeira ou falsa. Justifique. 3.30) Uma máquina térmica simples poderia utilizar o ar quente ao redor da cidade de Teresina. A energia poderia ser retirada da atmosfera como calor (considere 36 o C) e rejeitada como calor ao rio Parnaíba (20 o C). Qual seria a eficiência máxima de tal máquina para a conversão de energia térmica em energia mecânica? 4

5 5 3.31) a) Se uma usina geradora de eletricidade abastecida com carvão queima 2 toneladas de carvão para gerar kwh de eletricidade, calcule a eficiência da usina como a razão entre a produção de energia e a entrada de energia do combustível (veja a tabela 3.4 do livro). b) Uma usina de força de MWe vende a energia que produz a R$ 0,30/kWh. Se ela fosse desligada por um dia, qual seria o prejuízo financeiro? c) Quantas libras de carvão têm o mesmo poder calorífico de 20 galões de gasolina? 3.32) Dentre os combustíveis fósseis o carvão é o energético que tem maior horizonte na duração das reservas. O uso deste energético acarreta vários problemas de ordem ambiental e de rendimento térmico. O processo de gaseificação diminui a emissão de poluentes e melhora a eficiência do energético obtido no uso final. Em uma planta de gaseificação são utilizadas 30 mil toneladas de carvão mineral para a produção de 7 milhões de metros cúbicos de gás natural por dia. A classificação do carvão indica que seu potencial calorífico é 9 MJ/lb e o potencial calorífico do gás natural é 1MJ/m 3. Qual é a eficiência da planta (usina)? Dados: 1 lb = 453,6 g; 1 pé = 30,48 cm. 3.33) Quais são os principais produtos do refino do petróleo? Quais são as refinarias de petróleo existentes no Brasil? Onde estão localizadas? 3.34) Se a demanda por eletricidade no Brasil crescer em 3% ao ano, quantos MWe a mais serão necessários para atender a demanda em dez anos? Se toda essa demanda fosse atendida por geradores de turbina a gás natural, qual seria a quantidade adicional de gás necessária (em m 3 /ano)? O valor obtido representa que fração do nosso uso atual de gás natural? (utilizar dados do Balanço Energético Nacional do Brasil, BEN 2007). 3.35) A partir dos pontos de distribuição de gás natural apresentados nas figuras da nota de aula, procure identificar os usos possíveis usos deste energético? Veja a vocação econômica das várias regiões. 3.36) O carvão é bastante disponível na natureza. Quais são as dificuldades deste energético nos dias de hoje? 3.37) Pesquisando em sites da epe, ANP e outros, apresente a capacidade de refino do Brasil atual. Apresente a produção média de derivados de petróleo nas refinarias brasileiras. Dê a fração volumétrica de cada uma. Informe a referência do site pesquisado. 3.38) A partir de informações confiáveis da internet, dê a distribuição de usos finais de gás natural no Brasil atualmente. Informe o site confiável. 5

6 6 3.39) Quantas termelétricas a gás natural e quantas a carvão tem o Brasil atualmente? Qual é a potência total instalada no país? Qual é a potência nominal típica de uma usina termelétrica a gás natural e de uma usina a carvão no Brasil atualmente? 6