FORMAS DE ENERGIA E SUAS CONVERSÕES Profa. Me Danielle Evangelista Cardoso danielle@profadaniell.com.br www.profadanielle.com.br Tipos de Energia Energia pode exisitr em inúmeras formas como: Energia Mecânica Potencial Gravitacional Cinética Energia Radiante ou Luminosa Energia Interna Energia Elétrica Energia Nuclear Energia Química Energia Eólica 1
Fontes de Energia A energia, na forma direta como é provida pela natureza, é definida como ENERGIA PRIMÁRIA Ex: petróleo, gás natural, eólica, lenha, etc. Define-se ENERGIA SECUNDÁRIA como a resultante dos diferentes centros de transformação, tendo como destino os diversos setores de consumo ou, eventualmente, outro centrode transformação Ex: energia elétrica, gasolina, etc... Fontes de Energia A ENERGIA FINAL, por sua vez, é definida como a energia na forma como é recebida pelo usuário nos diferentes setores Ex: eletricidade A energia na forma em que é utilizada pelos consumidores recebe o nome de energia útil. ENERGIA ÚTIL é a energia que dispõe o consumidor depois da última conversão feita nos seus próprios equipamentos. energia luminosa, térmica 2
Fontes de Energia Fonte Primária Centro de transformações Fonte Secundária Petróleo Refinaria Gasolina Óleo Diesel GLP Cana-de-açúcar Usina Açúcar Alcool Bagaço Principio de Conservação de energia (1 o Princípio da Termodinâmica) Existe duas formas de formas de modificar a energía em um sistema: ü Usa-lá para realizar algum trabalho sobre o sistema; ü Adicionar calor ao sistema. Transformações e Transferência de Energia Finalidade da transformação Forma pela qual a energia é transferida Unidade de medida Mecânica Trabalho = F x Δx Joule (J) Aquecimento Calor Caloria (cal) 1 J Energia envolvida para erguer, de 1 m, um corpo de aproximadamente 100 grama. 1 cal Quantidade de calor que aquece 1 grama de água de 1 o C. 3
Principio de Conservação de energia (1 o Princípio da Termodinâmica) O uso da energia implica em transformá-la de uma forma para outra... porém ela, 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. 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. 4
Exemplos de Conversão de energia Energia Líquida: (energia que entra energia que sai) Principio da conservação de energia agora pode ser escrito da seguinte forma: A energia dentro de um sistema é igual à energia que sai dele mais a energia que ele armazena. Figura 1: casa comenergia solar passiva. ENERGIA QUE ENTRA = ENERGIA QUE SAI + ENERGIA ARMAZENADA Exemplos de Conversão de energia Entrada de energia = saída de energia, uma vez que não ocorre armazenamento. E comb. +E ar +E agua entra =E eletri.+ E agua que sai + E gases de combustão Figura 2: Diagrama de blocos de uma termelétrica. 5
Uso Racional da energia Uso racional da energia (conservação de energia): obtenção dos diversos produtos e servic os através da eliminação dos desperdícios, do uso de equipamentos eficientes e do aprimoramento de processos produtivos, considerando a eficiência técnica e econômica. Eficiência na Conservação de energia Eficiência energética: característica de um equipamento ou processo produtivo de entregar a mesma quantidade de produto final ou servic o a partirde uma menor quantidade de energia São muitas as vantagens da eficiência energética: O custo da economia de energia é inferior ao da gerac ão; Aumenta-se a seguranc a no fornecimento, poupando recursos que são finitos; Há ganhos micro e macro econo micos associados a um aumento de produtividade e de competitividade industrial; Aumenta-se a disponibilidade de acesso a servic os de energia; Reduzem-se os impactos ambientais, em especial a emissão de gases poluentes e de efeitoestufa. 6
Eficiência na Conservação de energia Mesmo que a energia seja conservada em um processo de conversão de energia, a produção de energia útil ou trabalho útil será menor que a entrada. A eficiência de um processo de conversão de energia é definida como: η = energia útil total.de.entrada.de.energia 100% Por exemplo, da energia elétrica utilizada para alimentar uma lâmpada incandescente, 4% é transformado em luz (energia útil) e os 96% restantes são perdidos (energia perdida) sob forma de calor. Diz-se então que a eficiência do processo de conversão de energia elétrica em luz é de 4%. Eficiência na Conservação de energia Para determinar a eficiência de um processo com várias etapas, a Eficiência Global, será igual ao produto das eficiências individuais. Ø A eficiência global nunca será maior que a etapa do processo com menor eficiência. Processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica e sua eficiência No exemplo da figura, a porcentagem da energia do combustível (carvão) convertida em energia elétrica é calculada por: η usin a η transmissão+distribuição η lâmpada = 0,35 0,85 0, 04 = 0, 012 1, 2% 7
Eficiência na Conservação de energia Eficiência de alguns sistemas e esquemas de conversão de energia Sistema/equipamento tipo de conversão eficiência Geradores elétricos mecânica-elétrica 70-99% Motor elétrico elétrica-mecânica 50-95% Fornalha à gás química-térmica 70-95% Turbina de vento mecânica-elétrica 35-50% Termelétrica com combustível fóssil química-térmica-mecânica-elétrica 30-40% Usina nuclear nuclear-térmica-mecânica-elétrica 30-35% Motor automotivo química-térmica-mecânica 20-30% Lâmpada fluorescente elétrica-luminosa 20% Lâmpada incandescente elétrica-luminosa 5% Célula solar luminosa-elétrica 5-28% Fonte:energia e meio ambiente Hinrichs & Kleinbach. Uso da Energia em Países em Desevolvimento Os paises desevolvidos, hoje em dia, concentram quase ¾ da população mundial, mas consome apenas ¼ da energia. Desevolvimento Sustentável Desevolvimento sustentável é aquele desevolviemnto que atende às necessidades do presente sem compromenter a capacidade das geraçoes futuras de satisfazeremas suas. O Desevolvimento sustentável em paises desevolvidos será diferente. 8
Equivalencia de Energia Em razão das várias eficiências relacionadas com as diferentes máquinas, é mais indicado falar de quantidade de energia por valores de aquecimento do que por unidade de trabalho mecânico realizado. O Valor de aquecimento de um combustível é a quantidade de calor que fornece quando totalmente queimado. Unidade de Energia Equivalências 1 Btu 1053 J 252 cal 1 cal 4,18 J 1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal 1 kwh 3,6 MJ 860 kcal 1 barril de petroleo(bbl) 6,12.10 9 J 5,8.10 6 BTU 9