Um guia para principiantes acerca de Energia e Potência Artigo entregue por N Packer, Universidade de Staffordshire, RU, Fevereiro 2011 Energia A Energia é a capacidade de realizar o trabalho. Como acontece, de forma frequente, a unidades energéticas são denominadas em honra de um estudioso cuja contribuição para uma área particular, se torna indispensável para a sua compreensão. A unidade de energia, reconhecida internacionalmente (fora dos EUA), Joule. Físico & fabricante de cerveja James Joule (1818-1889) passou a sua carreira (35 anos) a examinar diversas formas de conversão de energia com um grau bastante mais elevado de precisão do que os investigadores desta área tinham até à data. Ele estudou muitos casos de conversão de energia mecânica em calor ou energia térmica. Ele encontrou equivalência entre o consumo de uma determinada quantidade de trabalho e o calor daí resultante. Este trabalho confirmou o princípio de conservação de energia exacta quando a fricção e a resistência do ar são tidas em conta. 1 Joule não é propriamente uma quantidade de energia e por isso uma outra unidade, o Quilowatt-hora (abreviado para kwh) é mais comum. A conversão é 1 kwh = 3,6 milhões de Joules (abreviado para 3,6MJ). Em termos de tempo contínuo de operação 1kWh de energia irá, por exemplo, oferecer: 2 dias de utilização de pequenas lâmpadas fluorescentes compactas 10 horas de utilização da televisão 5 horas de uso do computador 70 minutos de utilização do micro-ondas 60 minutos de utilização do cortador de relva 4 minutos de utilização de caldeira ao máximo 100 segundos de utilização de um pequeno carro em potência máxima
Pode constatar que o kwh por si só não é particularmente uma quantidade de energia muito grande e o termo Megawatt-hora (abreviado para MWh) exemplo 1000kWh, também é usada. Comparação de combustíveis Ao longo da história adquirimos, maioritariamente, a nossa energia do consumo de combustível fóssil, por isso, comparar fontes de combustíveis em termos de quantidade de energia que contém por unidade adquirida será bastante instrutivo. Algumas orientações (utilizando valores de média) são dadas abaixo. 1 kg de antracite (4% de conteúdo de mistura) = 36MJ = 10kWh 1 kg de carvão (5-10% de conteúdo de mistura) = 37MJ = 10,3kWh 1m 3 de gás natural = 39MJ = 10,8kWh 1 litro de gasolina = 34MJ = 9,4kWh 1 litro de gasóleo = 40MJ = 11,1kWh 1 litro de gás = 41MJ = 11,4kWh 1 litro petróleo = 44MJ = 12,2kWh (Os valores acima referidos são baseados em Valores Caloríficos em Grosso, exemplo parte do princípio de que a água formada e libertada durante a combustão, se encontra na forma líquida) Para comparação, 1 kg de combustível renovável tal como a madeira da biomassa contém normalmente 4,2kWh. O preço do montante de energia é um conceito interessante. Por exemplo um litro de combustíveis a gasóleo contém, aproximadamente 18% mais energia do que 1 litro de gasolina e mesmo assim o seu preço nas bombas de abastecimento é um pouco mais elevado do que a gasolina.
Potência A potência é o ritmo a que o trabalho é feito. Mais uma vez, as unidades de potência são nomeadas em honra do estudioso cuja contribuição numa área específica é indispensável para a sua contribuição. A unidade de energia reconhecida internacionalmente (não dos EUA) é o Watt. O engenheiro e inventor escocês James Watt (1736-1819) foi empregado pela Universidade de Glasgow para reparar o modelo do motor a vapor mais avançado da altura, o motor Newcomen. Watt concebeu uma série de melhoramentos térmicos e mecânicos que ajudaram a aumentar a eficácia do aparelho em 300% permitindo que fosse adoptado a nível mundial sempre que fosse necessário recorrer à potência mecânica. Um Watt corresponde a um consumo de 1 Joule por segundo. O valor de rácio de potência é comummente referido ao consumo de energia e os aparelhos que geram energia e diz-nos algo sobre a rapidez a que é consumida ou produzida a energia. 1 Watt não é uma quantidade de potência propriamente grande e por isso, uma unidade múltipla, o quilowatt (abreviado para kw) por exemplo, é comummente utilizada. Para propósitos de ilustração o rácio de potência de alguns aparelhos é apresentado em baixo: Computadores pessoais: 50-200W Forno Micro-ondas: 650-850W Cortadores de relva: 1-1,7kW 20m 2 de fotovoltaicos mono-cristalinos: 2,5kW máximo Uma caldeira doméstica a peletes de biomassa: 15kW Uma turbina de vento de 50m de diâmetro de eixo horizontal: 500kW máximo Turbinas de vapor: até 600MW Turbinas de gás. Até 100MW
Relação energia-potência A energia e a potência estão forçosamente interligadas. A aplicação de potência durante um determinado período de tempo irá resultar em ou necessitar energia. Matematicamente a ligação é simples se se recordar de usar as unidades corretamente (kwh, kw e horas). A ligação é: Energia (kwh) = Potência (kw) x Tempo (horas) Exemplos 1. Um aquecedor elétrico de 1kW ligado durante: 1 h irá consumir 1x1= 1kWh 30 minutos irá consumir 1x (30/60) =1/2 kwh 2. Uma lâmpada fluorescente compacta de 20Watts ligada durante 8 horas irá consumir (20/1000)x8 = 0,16kWh Palavras finais Potência (medida em quilowatts) e energia (medida em quilowatt-hora ou Joules) não são idênticas, nem podem ser trocadas entre si. Contudo a sua conversão é relativamente simples com um pouco de prática. Se quiser saber mais, consulte os links mencionados abaixo. http://www.kaylaby.npl.co.uk/ http://www.simetric.co.uk
Neil Packer é um engenheiro diplomado e conferencista sénior na Faculdade de Computação, Engenharia e Tecnologia, da Universidade de Staffordshire, RU. Ele tem estado a lecionar engenharia termo-fluída e ambiental durante quase 20 anos e trabalha também como um Consultor de Baixo Carbono providenciando um vasto leque de serviços energéticos a empresas, industrias autoridades locais. Detalhes de contacto: Faculdade de Computação, Engenharia e Tecnologia Universidade de Staffordshire Beaconside, Stafoord, ST18 OAD Telf. 01785 353243 e-mail n.packer@staffs.ac.uk Esta informação foi apresentada como parte do Projeto de Sistemas de Transferência de Energias Renováveis (RETS) financiado pelo INTERREG IVC através do Fundo de Desenvolvimento Regional. O tempo ação do projeto é de Janeiro de 2010 até Dezembro 2012. Para mais informações e para participar na nossa comunidade on-line, visite: http://www.rets-community.eu/