DESAFIO COLABORATIVO - Fundamentos da Termodinâmica

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Módulo C - 64044 . 7 - Fundamentos da Termodinâmica 
Desafio Colaborativo 
Leia o texto abaixo: 
 
Um projeto de engenharia é um processo de tomada de decisão em que princípios 
extraídos da engenharia e de outros campos, como economia e estatística, são 
aplicados, usualmente de forma interativa, de modo a planejar um sistema, um 
componente de um sistema ou um processo. Os elementos básicos de um projeto 
incluem o estabelecimento de objetivos, síntese, análise, construção, testes e 
avaliações. Os projetos normalmente estão sujeitos a uma variedade de condicionantes 
associados a fatores econômicos, de segurança, de impacto ambiental, entre outros. Os 
projetos geralmente têm origem a partir do reconhecimento de uma necessidade ou de 
uma oportunidade que, no começo, é apenas parcialmente entendida. Assim, antes da 
busca de soluções, é importante definir os objetivos de um projeto. Os primeiros passos 
em um projeto de engenharia incluem a determinação quantitativa do desempenho e a 
identificação de projetos alternativos factíveis que atendam às especificações. Um 
projeto demanda uma síntese: a seleção e a reunião de componentes de modo a formar 
um conjunto coordenado. No entanto, como cada componente individual pode variar em 
tamanho, desempenho, ou custo, por exemplo, é necessário submeter cada 
componente a um estudo ou a uma análise considerável antes que seja feita a escolha 
final. 
 
” Fonte: MORAN, M. J. et al. Princípios de termodinâmica para engenharia. 8 ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2018. 
 
Agora imagine a situação: Você foi convidado a fazer uma proposta de implantação de 
um sistema para captação de energia solar residencial. As placas fotovoltaicas, que 
captarão a energia oriunda dos raios solares, já foram compradas e montadas no 
telhado da residência, restando a você, engenheiro responsável pelo projeto, realizar a 
leitura de como o sistema irá funcionar. Já é de seu conhecimento que a eletricidade 
será gerada à medida que ocorrer a interação entre o fluido que compõe a moldura das 
placas e o calor produzido pelo aquecimento da face principal de cada uma das placas. 
Cada uma delas é ligada a uma bateria, que armazena a energia produzida ao longo do 
tempo. 
 
A partir de agora, você deverá usar uma metodologia de síntese e análise do problema 
para tentar descrever as condições iniciais desse sistema. Responda os 
questionamentos a seguir: 
· Na sua visão, como você descreveria esse sistema da sua rede de captação de energia 
solar? 
· Quais as principais diferenças entre energia renovável e energia oriunda de 
combustíveis fósseis? Na sua opinião, quais as implicações de ambas na nossa 
realidade? 
· Quais as vantagens de se utilizar o sistema de captação solar em residências? 
 
RESOLUÇÃO: 
 
· Na sua visão, como você descreveria esse sistema da sua rede de captação de energia 
solar? 
Existem 3 formas diferentes de geração de energia partindo da luz solar: a 
energia solar fotovoltaica, a energia solar térmica e a energia heliotérmica. Cada uma 
atua de uma forma diferente. Como na descrição da questão cita que a energia solar 
utilizada será a fotovoltaica, iremos focar nela. 
O funcionamento de sistemas de energia solar fotovoltaica utiliza painéis solares 
que captam a luz e geram, pelo efeito fotovoltaico, correntes elétricas contínuas, que 
são convertidas para correntes alternadas pelo inversor solar. Dessa forma, a 
eletricidade está pronta para ser distribuída no local, gerar créditos de energia ou ser 
armazenada. 
O funcionamento da energia solar fotovoltaica é baseado no fenômeno que 
ocorre quando partículas de luz solar (fótons) colidem com os átomos de silício 
presentes no painel solar, gerando um deslocamento dos elétrons, que cria uma 
corrente elétrica contínua, chamada de energia solar fotovoltaica. Podemos diferenciar 
o funcionamento dos sistemas fotovoltaicos a partir do seu modo de operação, já que o 
sistema on-grid atua com a inserção de energia diretamente na rede elétrica, enquanto 
o sistema off grid funciona por meio de baterias que armazenam eletricidade. Já o 
sistema híbrido tem sua operação de modo simultâneo, entre on-grid e off-grid, fazendo 
com que seu trabalho ocorra conectado à rede, enquanto o banco de baterias está 
carregando, e vice-versa. 
Para passar maiores informações ao cliente, poderíamos nos aprofundar mais 
no assunto, relatando o funcionamento do sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica 
da companhia, funcionamento e tipos dos inversores, explicação detalhada sobre 
geração de créditos energéticos e demais dúvidas e características do sistema. 
 
· Quais as principais diferenças entre energia renovável e energia oriunda de 
combustíveis fósseis? Na sua opinião, quais as implicações de ambas na nossa 
realidade? 
As energias renováveis tem como característica ser considerada uma energia 
“limpa” por não acumular resíduos e não ser poluente, não gera CO² como os 
combustíveis fósseis. Porém, o uso de baterias pode ser um problema, especialmente 
no que se refere ao descarte dessas baterias e o destino dado à elas. A energia solar 
utiliza de um recurso em abundância no nosso país: a luz do sol, além de ser uma 
alternativa viável para a crise hídrica que de tempos em tempos ocorre no Brasil, 
encarecendo as contas e gerando os já conhecidos apagões. Uma desvantagem seria 
a falta de geração de energia em dias chuvosos ou nublados e o alto custo imediato 
para aquisição e instalação do sistema solar fotovoltaico, porém quando observamos o 
custo benefício ao longo dos anos, torna-se completamente viável economicamente 
para residências de médio e grande porte e empresas. 
Comparando as energias oriundas da luz solar e dos combustíveis fósseis, 
temos como diferença a questão da poluição ambiental, da extração dos combustíveis 
fósseis que geram resíduos tóxicos ao meio ambiente. Economicamente, a curto prazo, 
a utilização dos combustíveis fósseis ainda é mais barata que a energia solar, e existe 
uma indústria montada em torno do petróleo. Além disso, o petróleo é utilizado como 
matéria prima para mais de 300 produtos manufaturados, não apenas como geração de 
energia. 
 
· Quais as vantagens de se utilizar o sistema de captação solar em residências? 
Como já citado anteriormente, a energia solar é totalmente sustentável e limpa, 
não gerando nenhum tipo de poluição, nem mesmo sonora. No Brasil, esse é um tipo 
de geração de energia muito vantajosa, já que o país está na Linha do Equador e 
conta com amplo suprimento de radiação solar em seu território. Tem um custo de 
manutenção reduzido, já que não há desgastes mecânicos, o que também aumenta a 
vida útil do sistema e otimiza o valor investido. Os fabricantes indicam que as placas 
duram até 25 anos e os inversores duram de 10 a 15 anos. 
A instalação de sistemas fotovoltaicos, principalmente os residenciais, também 
é descomplicada e toda a energia gerada está pronta para uso de maneira imediata e 
pode ser compartilhada entre residências ou até ser interligada com a rede elétrica da 
companhia gerando créditos de energia.