Aula_termofluidodinamica_16_08_2021_final

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Aula de 21/06/2021 a 05/07/2021 – Termofluidodinâmica I
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES
DETEC – São Mateus / ES
Prof. Dr. Eng. Maximilian Serguei Mesquita
Introdução:
“Poucas palavras suportam tantos sentidos e definições como energia. Já no Século IV a.C .
Aristóteles em sua obra Metafísica, identificava energia (do grego ”energeia”) como uma realidade
em movimento. Na acepção moderna, energia corresponde essencialmente a um conceito
desenvolvido a partir de meados do Século XIX, tendo sindo criado, combinado a termodinâmica e
utilizado atualmente para descrever uma ampla variedade de fenômenos físicos.”
Afinal de contas O que é ENERGIA?
A definição certamente mais usual encontrada em uma miríade de livros textos, sem sombra de
dúvidas é a seguinte: Energia é a capacidade de realizar trabalho. Do curso de Física básica,
sabemos que o trabalho mecânica é o produto entre a força e a distância, expresso matematicamente
pela equação: W = F . D
De um certo ponto de vista, esta definição não é a mais adequada, uma vez que limita a alguns tipos
específicos de energia, principalmente no que tange a energia Mecânica e a energia Elétrica, que a
princípio, são conversíveis em outras formas de energia. 
“Este modo de se definir energia perde o sentido ao ser aplicado ao Calor, pois esta forma de
energia é parcialmente conversível em trabalho.”
Observação: 
Da Primeira Lei da T.D sabemos que: E2 -E1 = Q – W. Onde E2-E1 = Variação de Energia ,
po exemplo , de um Sistema, se é um Sistema, é portanto, objeto de nossa análise uma quantidade
fixa de massa! , Q = Calor e finalmente W = Trabalho. 
• A variação de Energia do Sistema é igual à diferença entre Q injetado (Se Q > 0) e o W
gerado (Se W > 0) - Motor Térmico.
• A variação de Energia do Sistema é igual a diferença entre Q extraído (Se Q<0) e o W
injetado (W <0) – Ciclo de Refrigeração.
• Ainda da Primeira Lei da T.D , podemos ainda extrair uma definição simples para o conceito
de Energia – Na primeira Lei da T.D – Tudo que não for Trabalho (W) é Energia! 
• Há ainda uma outra questão! E2 -E1 = Q – W; se E2 = E1 indica que não há variação de
energia entre os estados termodinâmicos 1 e 2. Desta forma poderíamos dizer que entre os
estados 1 e 2, temos um processo isoenergético! Fazendo com que Q = W; se E2 – E1 = 0
implica E2 = E1= constante , portanto não há transferência de energia! - Conclusão: Há um
limite para a conversão de energia na forma de Calor em Trabalho. Outra forma de
demonstrar esta limitação termodinâmica e por meio do Princípio de Entropia (Segunda Lei
da T. D).
• De um ponto de vista muito simples, podemos resumir a Primeira Lei da T.D como sendo
uma análise quantitativa e a Segunda Lei da T. D como sendo uma análise Qualitativa!
• Com o objetivo de ilustrar a afirmação acima – faz-se referência ao Seguinte Exemplo:
Exemplo 1: Um corpo de massa m = 1 kg está inicialmente em repouso e é largado de uma altura
de y = 10 m acima do solo, considerando a aceleração gravitacional local g = 9,81 m / s2. Despreze
as forças de arrasto. Determine o tempo para chegar o solo, a energia cinética em função do tempo
e a energia potencial em função do tempo.
O princípio que rege o movimento do corpo em questão é a Segunda Lei do Movimento de
Newton – Destaca-se que a única força atuante no sistema em análise é a força gravitacional
(Força peso), desta forma :
m . d2y/dt2 = -m . g
Podemos cancelar m em ambos lados da equação, ficando assim:
d2y/dt2 = -g
Integrando uma vez , temos que:
dy/dt = -g.t + C1 . Onde C1 é uma constante.
Integrando pela segunda vez temos que:
y(t)= - ½ . gt2+C1t + C2
Precisamos de duas condições iniciais para esta equação diferencial ordinária de segunda ordem. 
Para t = 0 , temos que:
y0 = -1/2 .g.(0)2+ C1 . (0) + C2 
y0= C2.
Então a equação fica:
y(t)=-1/*2.gt2+C1.t+y0
Agora Igualando y(0) = 0
0=-1/2.g.(0)2+C1.(0)+0
Chegamos a seguinte conclusão: C1=0
Desta forma finalmente , temos a expressão:
y(t) = -1/2 . gt2+y0
Para a velocidade:
Da definição de velocidade temos que: V = dy/dt
dy/dt = -1/2.2.gt = -gt
dy/dt = -gt
Quando a massa atinge o solo, y = 0. Resolvendo para o instante em que y = 0, obtemos
y(t)= -1/2.gt2+y0; lembrando que conforme esquematizado y0= 10 m ; g = 9,81 m/s2
0=-1/2.gt2+ 10 ; substituindo os valores e isolando t, temos que:
t = ± (2.y0/g)1/2; considerando que somente há tempo positivo!!!!
t = (2.10 / 9,81)1/2 = 1,43 s
Cálculo da Energia Cinética (KE):
KE = ½ . Massa . V2 = ½ . (m) . (dy/dt)2 = ½ . (-g.t)2=1/2. (-gt)2 = ½.m.g2t2
KE = ½.m.g2t2
Cálculo da Energia Potencial:
PE = m.g.y0
Da Física Sabemos que : Do Principio de Conservação de Energia : E2 – E1 = 0
Da análise do nosso problema sabemos que: E2= ½.m.g2.t2 ; E1 = m.g.y0
½ . m.g2.t2 - m.g.y0 = 0; ou seja: ½.m.g2.t2 = m.g.y0 ; Toda energia Potencial é convertida em
energia cinética!!
 certo? Então porque o corpo não volta a posição inicial y0=10 m?
Adaptado de: LECTURE NOTES ON THERMODYNAMICS, Joseph M. Powers, Department of
Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, Notre Dame, Indiana 46556-
5637, USA.
Obs. Quando a temperatura do sistema está próximo da temperatura ambiente – a contribuição
do calor quanto ao trabalho termodinâmica é muito pequena!
 “Em 1872 Maxwell propôs uma definição que pode ser considerada mais
correta do que a anterior: Energia é aquilo que permite uma mudança na
configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste a esta
mudança.”
 Esta definição, propriamente dita, consiste em um avanço no entendimento
acerca do que seria energia, uma vez que refere-se a mudanças de condições, as
alterações do estado de um sistema e inclui, consequentemente, duas ideias
importantíssimas acerca do conceito de energia: modificações de um estado
termodinâmico implica em vencer resistências (inércia) e é justamente a partir da energia que é
possível vencer esta tendência em permanecer ao estado original. 
Podemos então sintetizar a importância da energia para sociedade contemporânea da seguinte
maneira:
“A energia é essencial para a organização econômica e social de todos os países. As
formas de produção e o consumo de energia têm uma série de impactos sobre o desenvolvimento
econômico e social e o meio ambiente. “ [Economia da Energia – Fundamentos Econômicos,
Evolução Histórica e Organização Industrial, Junior, H. Q. P.; Almeida, E. F., Bomtempo, J. V.,
Iooty, M.,e Bicalho, R. G., Editora Campus, 2007].
“A energia é a única moeda universal: uma de suas muitas formas pode ser transformado para
fazer qualquer forma energética. Manifestações universais destas transformações variam desde
de enormes rotações das galáxias, das reações termonucleares em estrelas. Na Terra, as formas
de energia variam desde a formação do relevo terrestre por meio das forças das placas tectônicas
que separam no fundo dos oceanos e elevam a novas montanhas, até mesmos os impactos
erosivos acumulativos de pequenas gotas de chuva (tal como os romanos diziam, gutta cavat
lapidem non vi, sed saepe cadendo – Uma gota d'água perfura uma pedra não com força, mas
gotejando continuamente). Vida na Terra – apesar de décadas de tentativas de capturar um sinal
extraterrestre significativo, ainda há, um único planeta com forma de vida conhecido no
universo – tal fato seria impossível sem a conversão fotossintética da energia solar em fitomassa
(planta biomassa). Os humanos dependem dessa transformação para sua sobrevivência, e de
muitos outras formas de fluxos de energia para sua existência civilizada.” 
“A evolução das sociedades humanas resultou em populações maiores, em crescente
complexidade dos arranjos sociais e produtivos, e com uma maior qualidade de vida para um
número cada vez maior de pessoas. Dentro de uma perspetiva biofísica fundamental, tanto a
evolução humana pré-histórica quanto o curso da história, pode ser vista comoa busca pelo
controle de maiores capacidades de armazenamento e de fluxos de formas mais concentradas e
versáteis de energia e a conversão deles, em uma maneira mais acessível a custos mais baixos e
com maior eficiência, em calor, luz e movimento.”
Fonte: [Smil, Vaclav; Energy and Civilization – A History; MIT Press, 2017]
Essa tendência foi generalizada por Alfred Lotka (1880–1949), um matemático, químico e
estatístico americano, em sua lei de Potência Máxima ou Lei de Lotka:”Em todos os casos
considerados, a seleção operará de modo a aumentar a massa total do sistema orgânico, para
aumentar a taxa de circulação da matéria através do sistema, e consequentemente aumentar o
fluxo total de energia através do sistema, desde que esteja presente o resíduo não utilizado de
matéria e energia disponível .” [ Lotka 1922, 148]. 
O Princípio de Lotka foi proposto como sendo a quarta Lei da Termodinâmica aplicado a um
sistema termodinâmico aberto, neste caso específico, admite-se que o sistema aberto seja uma
célula biológica. De acordo com Howard T. Odum [ H.T. Odum 1995, p. 311], "O princípio de
potência máxima pode ser declarado: Durante a auto-organização, os projetos de sistema se
desenvolvem e prevalecem para maximizar a entrada de energia, a transformação de energia e
aqueles usos que reforçam a produção e a eficiência.”; Para maiores detalhes consultar Chen, G.
Q., Scarcity of exergy and ecological evaluation based on embodied exergy; Communications in
Nonlinear Science and Numerical Simulation, Volume 11, Issue 4, p. 531-552;2006. 
Embora o trabalho de Lotka possa ter sido uma primeira tentativa de formalizar o pensamento
evolucionário em termos matemáticos, ele seguiu observações semelhantes feitas por Leibniz e
Volterra e Ludwig Boltzmann, por exemplo, ao longo da história às vezes controversa da filosofia
natural. Na literatura contemporânea, é mais comumente associado ao trabalho de Howard T.
Odum.
 Alfred Lotka - Alfred James Lotka (Lemberg, 2 de Março de 1880 — Nova Iorque,
5 de Dezembro de 1949) foi um matemático, físico-quimico e estatístico
estadunidense, famoso pelo seu trabalho em dinâmica populacional.
Energética da evolução – Seu trabalho anterior foi centrado em energética e
aplicações da termodinâmica nas ciências da vida. Lotka propôs a teoria de que o
conceito darwiniano de seleção natural poderia ser quantificado como uma lei física.
A lei que ele propôs era que o princípio seletivo da evolução era aquele que
favorecia a transformação do fluxo de energia útil máxima. O ecologista geral de sistemas
Howard T. Odum mais tarde aplicou a proposta de Lotka como um guia central de seu trabalho em
ecologia de ecossistemas. Odum chamou a lei de Lotka de princípio de potência máxima. [fonte:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Alfred_J._Lotka, consulta em 28/06/2021].
A história de civilizações sucessivamente, cada vez maiores e mais complexas, como
também os organismos da biosfera, todos seguiram este curso. A dependência humana de fluxos de
energia cada vez mais elevados podem ser vistos como uma continuação inevitável de evolução
organísmica. 
Obs. Teoria organísmica: ver Contra Darwin: Breve abordagem sobre a teoria organísmica de J.
Uexkull, K. Goldstein e G. Canguilhem, de Luca, Felipe Augusto, Ipseitas, São Carlos, 2016, vol. 2,
n. 2, p. 57-82.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Alfred_J._Lotka
Wilhelm Ostwald (1853–1932), laureado em 1909 com o Prêmio Nobel de
Química por seu trabalho sobre catálise) foi o primeiro cientista a expandir
explicitamente o conceito “da Segunda Lei da Termodinâmica para toda e qualquer
ação e em particular para a totalidade das ações humanas. … Todas as formas de
energias não estão prontas para esta transformação, somente certas formas para as
quais foram, denominadas como energias livres. (…) Energia livre é, portanto, o
capital consumido por todas os tipos de criaturas e por meio de sua conversão tudo é
feito” (Ostwald 1912, 83). Isso o levou a formular seu imperativo energético: “Vergeude keine
Energie, verwerte sie” – traduzindo: “Não desperdice energia, torná-la útil”. [Ostwald 1912, pp.
85].
Três citações ilustram como os seguidores de Ostwald têm reafirmado as suas conclusões e
como alguns deles fizeram a ligação entre a energia e todos os assuntos humanos, ainda mais,
deterministicamente explícitos. No início 1970 Howard Odum (1924-2002) sugeriu uma variação
da ideia principal de Ostwald: “A disponibilidade de fontes de energia determina a quantidade de
atividade de trabalho que pode existir, e o controle desses fluxos de energia determina o poder
nos negócios do homem e em sua influência relativa sobre a natureza” [Odum 1971,43]. 
No final dos anos 1980, Ronald Fox concluiu um livro sobre energia na evolução, Fox
escreveu: "um refinamento nos mecanismos culturais ocorreu a cada refinamento do
acoplamento de fluxo de energia ” [Fox 1988, 166]. 
Não é preciso ser um cientista para fazer a ligação entre a oferta de energia e os avanços
sociais. Eric Blair ou melhor George Orwell (1903-1950), escreveu em 1937, mais precisamente
no segundo capítulo de “O caminho para Wigan Pier” (do original The Road to Wigan Pier), após
visitar a uma mina subterrânea de carvão: “Nossa civilização — que Chesterton descanse em paz
— se fundamenta no carvão mais do que nos damos conta, até pararmos para pensar a respeito.
Pense nas máquinas que nos mantêm vivos e nas máquinas que fabricam essas máquinas —
todas elas dependem, direta ou indiretamente, do carvão. No metabolismo do mundo ocidental, o
mineiro de carvão só perde em importância para o lavrador que cultiva a terra. O mineiro é uma
espécie de cariátide, negra e encardida, que carrega nos ombros quase tudo que não é negro e
encardido. Por esse motivo o processo de extração do carvão é algo que vale a pena presenciar,
se você tiver a chance e se der ao trabalho de observar de perto.” [Orwell, George, O caminho
para Wigan Pier, Companhia das Letras, 2010, pp.40.]
Mas reafirmar esse elo fundamental (como Orwell fez) e afirmar que refinamentos culturais
ocorreram para cada refinamento de fluxo de energia (como a Fox faz), na prática, são duas coisas
diferentes. A conclusão de Orwell é irrepreensível. A frase de Fox é claramente uma reafirmação de
uma visão determinística expressa duas gerações antes, pelo antropólogo Leslie White (1900-
1975), que a chamou de a primeira lei importante do desenvolvimento cultural: “Outras coisas
sendo igual, o grau de desenvolvimento cultural varia diretamente conforme a quantidade de
energia per capita por ano aproveitada e colocada em trabalho ”[White 1943, 346]. 
Embora não possa haver disputa sobre a formulação fundamental de Ostwald ou sobre o
efeito abrangente da energia na estrutura e dinâmica das sociedades em evolução (citando
Orwell), um cientista determinista vincular o nível de uso de energia com conquistas culturais é
uma proposição altamente discutível. 
A natureza fundamental do conceito não está em dúvida. Como Robert Lindsay (1975)
colocou, “Se pudermos encontrar uma única palavra para representar uma ideia que se aplica a
todos os elementos em nossa existência de uma forma que nos faz sentir que temos uma
compreensão genuína dela, temos conseguiu algo econômico e poderoso. Isso é o que aconteceu
com a ideia expressa pela palavra energia. Nenhum outro conceito unificou tanto nossa
compreensão da experiência.”
Mas o que é energia? Surpreendentemente, mesmo os vencedores do Prêmio Nobel têm grandes
dificuldade em dar uma resposta satisfatória a essa pergunta aparentemente simples. Em suas
famosas Lectures on Physics, Richard Feynman (1918-1988) enfatizou que “é importante perceber
que na física de hoje, não temos conhecimento do que é energia. Não temos uma imagem de que
a energia vem em pequenas bolhas de uma quantia definida ”(Feynman 1988, 4-2). ”(Feynman
1988, 4-2). O que sabemos é que toda matéria éenergia em repouso (Você lembra da famosa
equação de Einstein? - E = Mc2 – a energia se converte em massa, e a massa se converte em
energia!), que a energia se manifesta de várias maneiras e que essas formas distintas de energia
estão ligados por inúmeras conversões, muitas delas universais, onipresentes, e incessantes, outros
altamente localizados, infrequentes e efêmeros (Fig. 1).
Fig. 1 – Matriz de conversões de energia. Fonte: [Smil, Vaclav; Energy and Civilization – A
History; MIT Press, 2017, pp. 4]
A compreensão dessas reservas, potenciais e transformações rapidamente se expandiu e foi
sistematizada principalmente durante o século XIX, tenso sido aperfeiçoada durante o século XX,
quando — um comentário revelador sobre as complexidades destas transformações de energia –
Foi-nos revelado com o advento do uso da energia nuclear (teoricamente no final Década de 1930, e
na prática por volta de 1943, quando o primeiro reator nuclear começou a operar) e posteriormente
por meio do entendimento completo de como funciona a fotossíntese (suas sequências foram
desvendadas apenas durante a década de 1950). 
• Fluxo, Armazenamento e Controle
Todas as formas conhecidas de energia são críticas de suma importância para a
existência humana, uma realidade que impede qualquer tipo de classificação de ordem de sua
importância. No curso da história da humanidade foi determinada e circunscrita tanto pelos fluxos
planetários de energia quanto por suas manifestações regionais ou locais (as regiões de maior
desenvolvimento estão associadas a disponibilidade energética e de meios que provém a
manutenção da vida em comunidade). As características fundamentais do universo são governadas
pela energia da gravidade, que ordena as inúmeras galáxias e os sistemas estelares. A força de
Gravidade também mantém nosso planeta orbitando a uma distância certa do Sol, e permitindo
também que aja uma atmosfera suficientemente massiva que torna a Terra habitável (veja texto
abaixo – Gravidade e a habitabilidade da Terra). 
Tal como acontece com todas as estrelas ativas, a fusão nuclear alimenta o Sol e o produto
dessas reações termonucleares chegam à Terra como energia eletromagnéticas (solar e radiante).
Seu fluxo varia em um amplo espectro de comprimentos de onda, incluindo a luz visível. Cerca de
30% deste enorme fluxo é refletido pelas nuvens e superfícies, cerca de 20% é absorvido pela
atmosfera e nuvens, e o o restante, cerca de metade do influxo total, é absorvido pelos oceanos e os
continentes é convertido em energia térmica e é novamente irradiado para o espaço (Smil 2008a).
Apenas uma pequena parte da energia radiante que chega ao nosso planeta, menos de
0,05%, é transformado pela fotossíntese das plantas clorofiladas em novos estoques de energia
química, armazenados nas plantas, na forma de polissacarídeos, fornecendo a base insubstituível
para toda a vida superior. O metabolismo animado reorganiza os nutrientes em tecidos em
crescimento e mantém as funções corporais e temperatura constante (organismos homotérmicos) em
todas as espécies superiores. A digestão também gera a energia mecânica (cinética) dos músculos
em atividade. Em suas respectivas conversões de energia, os animais são inerentemente limitados
pelo tamanho de seus organismos e pela disponibilidade de nutrição acessível. 
Uma característica distintiva fundamental de nossa espécie tem sido a extensão desses
limites físicos por meio de um uso mais eficiente de nossos músculos (por meio da potencialização
da capacidade de trabalho – quer seja pelo uso de ferramentas ou pelo desenvolvimento máquinas e
dispositivos elétricos – mecânicos) e do aproveitamento de fontes de energias externas, fora de
nossos próprios corpos (Fogo inicialmente para aquecer, proteção e cocção de alimentos). 
Desbloqueadas pelo intelecto humano, essas energias extrasomáticas foram usados para uma
variedade crescente de tarefas, tanto como motores cada vez mais poderosos, tanto quanto
combustíveis, cuja combustão libera calor. 
Os gatilhos do fornecimento de energia dependem do fluxo de informações e de uma
enorme variedade de artefatos. Esses dispositivos variam desde de simples ferramentas como
martelos e alavancas até complexos motores de queima de combustível e reatores nucleares que
liberam a energia oriunda da fissão nuclear. Como acontece com qualquer organismo não
fotossintetizante, a necessidade humana mais fundamental de energia é para comida. 
A coleta e a caça realizada pelos primeiros hominídeos eram muito semelhantes às práticas
de aquisição de alimentos de seus ancestrais primatas. Embora alguns primatas, bem como alguns
outros mamíferos (incluindo lontras e elefantes), alguns pássaros (corvos e papagaios), e até mesmo
alguns invertebrados (cefalópodes) - desenvolveram um pequeno repertório de recursos
rudimentares de uso de ferramentas (Hansell 2005; Sanz, Call e Boesch 2014; apud Smil, Vaclav –
Energy and Civilization – A History; MIT Press, 2017, pp. 6), apenas os hominídeos fizeram da
fabricação de ferramentas uma marca distintiva de seu comportamento. 
As ferramentas nos deram uma vantagem mecânica na aquisição de alimentos, abrigo e
roupas. O domínio do fogo ampliou muito nosso alcance de habitação e nos distanciar dos animais.
Novas ferramentas levaram ao fabrico de arreio para animais domesticados, a construção de
máquinas mais complexas de uso para força muscular e a conversão de uma pequena fração da
energia cinética dos ventos e da água em energia útil (Moinhos de Ventos – Moinhos D'Água).
 
Fig. 2 – Dois cavalos girando um arreio equipado para bombear água de poço em uma fábrica de
tapetes francesa de meados do século XVIII (reproduzido da Encyclopédie [Diderot e d'Alembert
1769-1772]). Um cavalo médio daquele período não poderia sustentar uma taxa de trabalho
constante de um cavalo-vapor. James Watt usou uma classificação exagerada para garantir a
satisfação dos clientes com seus motores a vapor cuja potência foi denominada em cavalos de força
[Hp – Horse Power; Hoje adotamos 1 Hp = 745,7 W (1 Watt = 1 J/s)].
Esses primeiros novos motores multiplicaram, por exemplo, a capacidade de transporte e
locomoção, a qual por muito tempo estava circunscrito pela natureza, sujeita a magnitude e a
direção dos ventos capturados pelas velas náuticas, ferramentas antigas e eficazes cujas capacidades
foram restritas por milênios aos fluxos predominantes de vento, como também, aos sabores das
persistentes correntes oceânicas. Esses grandes fluxos guiaram as viagens transatlânticas europeias
do final do século XV para o Caribe (Descoberta da América por Colombo em 1492; como também
a descoberta “não intencional” do Brasil, em 1500, por Pedro Álvares Cabral). Os fluxos regulares
de ventos também impediram que os espanhóis descobrissem o Havaí, embora o comércio de
navios espanhóis, os chamados galeões de Manila (Galeón de Manila), navegavam uma ou duas
vezes por ano através do Pacífico, do México (Acapulco) às Filipinas por 250 anos entre 1565 e
1815 (Schurz 1939). 
A combustão controlada em lareiras, fogões e fornalhas transformou a energia química das plantas
em energia térmica. Este calor foi usado diretamente nas residências e na fundição de metais, na
queima de tijolos e no processamento e finalização de inúmeros produtos manufaturados.
 A combustão de combustíveis fósseis feita pelo uso primário na obtenção de calor são mais
difundidos e mais eficientes um número significativo de invenções fundamentais tornou possível a
conversão térmica de energia da queima de combustíveis fósseis à energia mecânica. Isso foi feito
primeiro em motores a vapor e de combustão interna, depois em turbinas a gás e foguetes. Temos
gerado eletricidade com a queima de combustíveis fósseis também pelo aproveitamento da energia
cinética da água, desde 1882, e pelafissão de um isótopo de urânio desde 1956. 
O bservação: [Os primeiros automóveis – ou, pelo menos, o que seria a época um automóvel, longe
do que é hoje, mais uma carroça autopropulsada; primeiramente foi propulsionado por um motor a
vapor, cuja fonte de calor, era a combustão de carvão. Com o advento do motor a combustão
interna, a gasolina (1876, por Nikolaus Otto) e a diesel (em 1893 – Rudolf Diesel) - passaram a ser
o padrão da nascente indústria automobilística – quer seja pela maior densidade energética do
combustível de hidrocarboneto – quer seja pela praticidade e queima mais limpa].
A combustão de combustíveis fósseis e a geração de eletricidade criaram um nova
forma de civilização energeticamente intensiva, cuja expansão agora abrange todo o planeta e
cujas fontes primárias de energia agora incluem, embora ainda pequenas quanto comparadas com as
fontes energéticas mais tradicionais, sem sombra de dúvidas energia fóssil – Petróleo, mas em
rápido crescimento, porções de novas fontes renováveis, especialmente a solar (aproveitado por
dispositivos fotovoltaicos ou em centrais de energia solar de concentração) e eólica (convertido por
grandes turbinas eólicas). Por sua vez, esses avanços foram baseados em uma concatenação de
outros desenvolvimentos que refletem engenhosidade humana. 
• C onceitos e Medidas: 
Vários princípios físicos básicos fundamentam todas as conversões de energia. Cada forma
de energia pode ser transformado em calor ou energia térmica. Nenhuma energia é perdida em
qualquer tipo de dessas conversões (pelo menos do ponto de vista quantitativo!). O princípio de
conservação de energia, a primeira lei da termodinâmica, é uma das realidades universais mais
fundamentais. Mas à medida que avançamos ao longo das cadeias de conversão, o potencial de
trabalho útil diminui constantemente. Essa realidade inexorável define a segunda lei da
termodinâmica, e a entropia é a medida associada a essa perda de energia útil. Enquanto o
conteúdo de energia do universo é constante, as conversões de energias aumentam sua entropia
(diminuem sua utilidade). Uma cesta cheia de grãos ou um barril de petróleo bruto é um
estoque de energia de baixa entropia, cuja capacidade de utilidade funciona quando metabolizado
ou queimado, e termina como o movimento aleatório de moléculas de ar ligeiramente aquecidas, um
estado de alta entropia irreversível que representa uma perda irrecuperável de utilidade. 
Esta dissipação entrópica unidirecional leva a uma perda de complexidade e a uma
maior desordem e homogeneidade em qualquer sistema fechado. Mas todos os organismos
vivos, sejam as menores bactérias ou uma civilização global, desafiam temporariamente essa
tendência importando e metabolizando energia. Isto significa que todo organismo vivo deve ser um
sistema aberto, mantendo um fluxo contínuo de entrada e saída de energia e matéria. Contanto que
eles sejam vivos, esses sistemas não podem estar em um estado químico e termodinâmico de
equilibrio (Prigogine 1947, 1961; von Bertalanffy 1968; Haynie 2001). Sua Neguentropia – seu
crescimento, renovação e evolução – resulta em maior heterogeneidade e crescente complexidade
estrutural e sistêmica. Como com tantos outros avanços científicos, uma compreensão coerente
dessas realidades surgiram apenas durante o século XIX, quando a rápido evolução das disciplinas
da física, química e biologia estabeleceram uma preocupação única em estudar as transformações de
energia (Atwater e Langworthy 1897; Cardwell 1971; Lindsay 1975; Müller 2007; Oliveira 2014;
Varvoglis 2014). 
O bservação: Em teoria da informação e estatística, negentropia é usada como uma medida de
distância da normalidade. O conceito e a frase “entropia negativa” ou ainda Sintropia foram
introduzidos por Erwin Schrödinger em seu livro de ciência popular de 1944 O que é vida? .
Fica a sugestão de assistir o video: https://youtu.be/k9QYtbjzjAw
Esses interesses fundamentais precisavam de uma codificação de medidas padrão.
Inicialmente, duas unidades padrões, tornaram-se comuns para medir energia: calorias (Cal), no
sistema métrico, e a e a Unidade Térmica Britânica (Btu). A unidade científica básica de hoje de
energia é o joule, em homenagem a um físico inglês, James Prescott Joule (1818-1889), que
publicou o primeiro cálculo preciso da equivalência de trabalho e de calor. Potência denota a taxa
de fluxo de energia. Sua primeira unidade padrão, cavalos de força (Hp), foi definida por James
Watt (1736–1819). Ele queria cobrar por seus motores a vapor em uma base facilmente
compreensível, e então ele escolheu a comparação óbvia com o principal motor que até então
largamente utilizado, a tração animal, de moto que a sua invenção pudesse substituir, um cavalo
arreado comumente usado para tracionar um moinho ou uma bomba de sucção. 
Outra importante taxa é a densidade de energia ou densidade energética, que consiste em
uma quantidade de energia por unidade de massa [MJ/kg]. Este valor é de suma importância para
classificar os alimentos: mesmo onde haja abundância de alimentos, porém, a predominância de
alimentos de baixa densidade energética, limita a fixação e o desenvolvimento de conglomerados
humanos. Por exemplo, os habitantes pré-hispânicos da bacia do México sempre comia muitas
peras espinhosas, que eram fáceis de colher entre as muitas espécies de cactos pertencentes ao
gênero Opuntia (Sanders, Parsons e Santley 1979). Mas, como a maioria das frutas, a polpa da pêra
é predominantemente (cerca de 88%) de água, com menos de 10% de carboidratos, 2% de proteínas
e 0,5% de lipídios, e tem uma densidade de energia de apenas 1,7 MJ / kg (Feugang et al. 2006).
Isto significa que mesmo uma pequena mulher sobrevivendo apenas com os carboidratos de peras
de cacto (assumindo, irrealisticamente, virtualmente não haja nenhuma necessidade dos outros
macronutrientes) teria que comer 5 kg da fruta todos os dias, mas ela poderia obter a mesma
quantidade de energia (calorias) ao consumir apenas cerca de 650 g de milho moído (tortilhas ou
tamales). 
Densidade de potência (Power density) é a taxa na qual tanto a energia produzida quanto
consumida são expressas por unidade de área e, portanto, é um determinante estrutural crítico dos
sistemas de energia (Smil 2015). Por exemplo, o tamanho de uma cidade em todas as sociedades
tradicionais dependia da disponibilidade de lenha e carvão, e na maioria dos casos, este quesito era
claramente limitado pela densidade de potência inerentemente baixa de produção de fitomassa. A
densidade de potência do crescimento anual sustentável de árvores em climas temperados é na
melhor das hipóteses iguais a 2% da densidade de potência do consumo de energia para
https://youtu.be/k9QYtbjzjAw
aquecimento urbano tradicional, cozinha e manufaturas. Consequentemente, as cidades deveriam
recorrer as áreas próximas com pelo menos 30 vezes o seu tamanho para abastecimento de
combustível. Esta realidade restringiu seu crescimento mesmo onde outros recursos, como
alimentos e água eram adequados.
Mais uma taxa, que assumiu grande importância com o avanço do processo de
industrialização, é a taxa de eficiência de conversões de energia. Esta relação de saída / entrada
descreve o desempenho dos conversores de energia, sejam eles fogões, motores ou luzes. Embora
não possamos fazer nada sobre a dissipação entrópica, podemos melhorar a eficiência das
conversões diminuindo a quantidade de energia necessária para realizar tarefas específicas. Existem
restrições fundamentais (termodinâmicas, mecânicas) para essas melhorias, mas levamos alguns
processos para perto dos limites de eficiência prática, embora na maioria dos casos, incluindo
conversores de energia comuns, ainda há ainda muito que ser melhorado. Quando as eficiências são
calculadas para a produçãode alimentos (energia em alimentos / energia em insumos para cultivá-
lo), combustíveis ou eletricidade, geralmente são chamados retornos de energia (energy returns).
Finalmente, a intensidade de energia mede o custo de produtos, serviços e até mesmo da
produção econômica agregada, em unidades de energia padrão - e de a própria energia. Entre os
materiais comumente usados, o alumínio e os plásticos, são altamente intensivos em energia,
enquanto o vidro e o papel são relativamente baratos, e a madeira (excluindo seu custo
fotossintético) é o material largamente utilizado menos intensivo em energia. 
Aula de 12/07/2021 – Termofluidodinâmica I
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES
DETEC – São Mateus / ES
Prof. Dr. Eng. Maximilian Serguei Mesquita
• Energia: Uma discussão inicial 
 A energia é um dos principais constituintes da sociedade moderna. Ela é necessária para
se criar bens com base em recursos naturais e para fornecer muitos dos serviços com os quais temos
nos beneficiado. O desenvolvimento econômico e os altos padrões de vida são processos complexos
que compartilham um denominador comum: a disponibilidade de um abastecimento adequado e
confiável de energia. [Hinrichs, Roger A.; Energia e meio ambiente, Cengage Learning, 2014.]
A modernização do Ocidente, passando de uma sociedade rural para outra, urbana e rica, foi
possível pela utilização de tecnologia moderna firmada em uma ampla série de avanços científicos,
os quais foram energizados por combustíveis fósseis. Eventos políticos, começando com o embargo
do petróleo em 1973 e continuando com a Revolução Iraniana de 1979, a Guerra do Golfo Pérsico
de 1991 e a invasão do Iraque em 2003, fizeram muitos passarem a perceber quanto a energia é
crucial para o funcionamento cotidiano de nossa sociedade.
A energia permeia todos os setores da sociedade – economia, trabalho, ambiente, relações
internacionais –, assim como as nossas próprias vidas – moradia, alimentação, saúde, transporte,
lazer e muito mais. 
Os suprimentos de energia são fatores limitantes primordiais do desenvolvimento
econômico. O mundo tornou-se muito interdependente e, assim, o acesso a recursos energéticos
adequados e confiáveis é central para o crescimento da economia. Em torno de 40% da energia
global vêm do petróleo, boa parte importada do Golfo Pérsico pelas nações industrializadas. Dessa
região, o Japão importa 80% do seu petróleo e os Estados Unidos, 18%. Enquanto a França importa
quase todo o seu petróleo, apenas 15% vêm do Golfo Pérsico. Se os países industrializados fossem
submetidos a alguma restrição significativa de acesso a essas fontes de petróleo, como a redução
das jazidas ou grandes aumentos dos preços, com certezas suas economias sofreriam danos
consideráveis.
Segundo Richard Balzhiser, ex-presidente do Electric Power Research Institute: “Energia não é um
fim em si mesma. Os objetivos fundamentais que devemos ter em mente são uma economia e um
ambiente saudáveis. Temos que delinear nossa política energética como um meio para atingir
esses objetivos, e não apenas para este país, mas também em termos globais.”
Durante as últimas três décadas, o consumo de energia global praticamente dobrou,
enquanto, apenas nos Estados Unidos, aumentou 25%. Muito desse crescimento global aconteceu
nos países menos desenvolvidos. (Nas próximas duas décadas, estima-se que o consumo de energia
vá aumentar em torno de 100% nos países em desenvolvimento, o que corresponde a um
crescimento médio de 3% ao ano. A maior parte desse crescimento deverá ocorrer nas nações em
desenvolvimento da Ásia, principalmente China e Índia). Juntamente com tal crescimento,
observou-se o declínio da qualidade do ar urbano e a grave e intensa degradação do solo e das
águas. Como os combustíveis fósseis representam 90% do nosso consumo de recursos energéticos,
continuamos a aumentar as emissões de dióxido de carbono [CO2] que podem alterar
irreversivelmente o clima da Terra. O uso adequado da energia requer que se leve em consideração
tanto as questões sociais como as tecnológicas. O crescimento econômico sustentável neste século,
juntamente com o incremento da qualidade de vida de todos os habitantes do planeta, apenas pode
ser possível com o uso bem planejado e eficiente dos limitados recursos energéticos e o
desenvolvimento de novas tecnologias de energia. 
• Uso da Energia e o meio Ambiente. 
O uso dos nossos recursos energéticos é um dos principais fatores a afetar o ambiente (e a
aplicação de produtos químicos é outro). O crescimento da utilização de combustíveis fósseis
observado desde o início da era industrial causou o aumento da concentração de dióxido de carbono
atmosférico em torno de 30%, assim como a elevação da temperatura global (Figura 3).
Temperaturas globais altas podem levar ao derretimento das calotas polares e ao aumento dos níveis
dos oceanos, o que vai provocar a migração das populações das regiões litorâneas do planeta para
áreas mais altas. Isso também pode significar uma mudança nas áreas de agricultura, uma vez que
os padrões de precipitação se deslocam em direção ao norte, assim como aumento de doenças.
Fig. 3 – Correlação entre a Mudança na temperatura global e as concentrações atmosféricas de
dióxido de carbono e de metano apresentada nessa ordem (Intergovernmental Panel on Climate
Change – IPCC). [Mudanças Climáticas, 2001: relatório síntese. uma contribuição dos grupos de
trabalho I, II e III ao terceiro relatório do “Intergovernmental Panel on Climate Change”, IPCC,
Figure 2-3, Figure 2-1, Cambridge University Press.]
Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana,
Cengage Learning, 2015, pp. 6.
Além do uso dos recursos energéticos, a exploração desses recursos pode impactar o
ambiente. Um caso recente é o vazamento de petróleo no Golfo do México em abril de 2010. Danos
num poço, 1 milha (cerca de 1,5 km) abaixo da superfície do mar, permitiram vazamento
continuado de petróleo bruto durante três meses, liberando 200 milhões de galões – o maior desastre
de vazamento de petróleo do mundo.
Um problema ambiental cada vez mais grave é o descarte do lixo que produzimos. Os
Estados Unidos geram aproximadamente 4,5 libras de lixo por pessoa por dia – ou seja, mais de 3
toneladas por família por ano –, que é o dobro da média da Europa. Estamos ficando sem lugares
adequados para enterrar nosso lixo. A quantidade de aterros sanitários nos Estados Unidos diminuiu
de 14 mil em 1970 para menos de 1.600 hoje, com uma população maior. Como vamos lidar com
os resíduos sólidos?
Em Smil, Vaclav, Making the Modern World – Materials and Dematerialization, Wiley, 1st
Edition, 2014, já em seu primeiro capítulo o autor apregoa:
“O primeiro estudo comparativo dos fluxos de recursos nacionais (Adriaanse et al., 1997),
sub-intitulado The Material Basis of Industrial Economies, excluiu água e ar, mas incluiu não
apenas todas as colheitas agrícolas (não apenas as matérias-primas, mas também todos os
alimentos e rações), todos os produtos florestais, capturas aquáticas, extração de minerais e
combustíveis fósseis, mas também “fluxos ocultos” responsáveis pela extração, movimento ou
perdas de materiais que criam impactos ambientais, mas sem valor econômico reconhecido. Esses
“fluxos ocultos” são dominados por materiais estéreis que devem ser removidos durante a
exploração de depósitos minerais (principalmente em carvão à céu aberto e extração de minérios),
resíduos de processamento (particularmente fluxos massivos associados à separação de metais
relativamente raros de rochas), solo, areia e rochas que devem ser removidos e deslocados durante
grandes projetos de construção e erosão do solo originada de campos e plantações permanentes.
Estes “fluxos ocultos” não são monitorados e sua quantificação é, namelhor das hipóteses, uma
questão de estimativas; mais frequentemente de suposições informadas. “
“Onde isso nos deixa? Aqueles estudos de fluxo de material que concebem seu assunto
verdadeiramente no sentido lato sensu (isto é, virtualmente qualquer substância usada por
humanos) incluem tudo com a notável exceção da água; que não são apenas biomateriais usados 
na produção de bens, todos os metais, minerais não metálicos e matérias-primas orgânicas, mas
também todos os produtos agrícolas fitomassa (colheitas de alimentos e rações, seus resíduos,
forragens e plantas pastadas) e todos os combustíveis (biomassa e fósseis) e oxigênio necessários
para a combustão.”
“Alguns estudos mais restritivos excluem o oxigênio e todas as culturas de alimentos e
rações, e consideram apenas aquelas matérias-primas agrícolas que passam por processamento
adicional, transformando-os em mercadorias, mas incluem toda a fitomassa e combustíveis
fósseis.”
 “(..) exemplifica uma abordagem de stricto sensu (sentido restrito), uma vez que, inclui apenas
biomateriais brutos usados para processamento posterior e exclui oxigênio, água, todos os
combustíveis (biomassa e fóssil), e todos “fluxos ocultos” de materiais (e sempre difíceis de
estimativa) (…) Deixar de fora o oxigênio necessário para a combustão de combustíveis é uma
escolha facilmente defensável com base no fornecimento gratuito de um constituinte atmosférico
virtualmente inesgotável. Afirmações sobre o perigo de grave depleção de O2 por meio da
combustão foram refutadas há muito tempo por (Broecker, 1970). A Combustão completa de 1 kg
de carvão e carbono consome 2,67 kg de oxigênio e a queima de 1 kg de hidrocarbonetos requer 4
kg de O2. A combustão global de cerca de 8 Gt de carbono fóssil em 2010 reivindicou cerca de 21
Gt de O2 ou cerca de 0,0014% do conteúdo da atmosfera de 1,5 Pt de O2 – e até mesmo uma
combustão completa (uma clara impossibilidade) dos recursos globais generosamente estimados de
combustíveis fósseis diminuiriam o teor de O2 atmosférico em não mais do que 2% .”
“Não há, portanto, perigo de qualquer diminuição preocupante da oferta (para não falar de
exaustão) do elemento, e ainda, uma vez feita a escolha de incluí-lo nas contas de fluxo de
material, vai dominar os agregados nacionais e globais. Por exemplo, conforme calculado pelo
estudo comparativo do WRI, o oxigênio foi 61% do material processado diretamente nos EUA
produção em 1996, e no Japão, no mesmo ano, a participação do elemento foi de 65% (Matthews
et al., 2000). Consequentemente, as magnitudes dos fluxos de materiais nacionais que incorporam
as necessidades de oxigênio seriam, nada mais, do que aproximados para a extensão da combustão
de combustível fóssil em economias particulares.”
“Por fim, devo defender uma mudança conceitual que diz respeito ao manuseio de materiais.
Colocado na categoria de fluxos dissipativos pelos balanços materiais da UE. De acordo com a
definição da UE, as oito categorias de perdas dissipativas são um conjunto de diferentes resíduos:
alguns deles somam pequenos fluxos totais (pense em solventes escapando de lavagem a seco ou
sobre pneus de borracha desgastados nas estradas), outros são mais substanciais (estrume, lodo de
esgoto e compostos aplicados a lavouras), mas as perdas dissipativas contribuídas por ambas as
categorias de materiais não são monitoradas e são muito difíceis de quantificar.”
“Embora o sal e a areia sejam materiais abundantes cuja produção não consome muita energia,
fertilizantes inorgânicos são insumos materiais críticos em todas as sociedades modernas que não
podem ser ignorado e que receberá um olhar mais atento quando eu examinar os avanços na
produção de materiais sintéticos. Mas eu diria que a maioria dos fluxos dissipativos restantes
somam valores relativamente pequenos, cuja quantificação inerentemente imprecisa parece
superam quaisquer benefícios de incluí-los em qualquer total geral de materiais consumidos. E
enquanto estrume e lama representam volumes relativamente grandes a serem eliminados, eles são
mais sobre a reciclagem de água do que de biomassa: o lodo contém pelo menos 80% de água,
doce estrume 70-85%; além disso, em muitos (talvez na maioria) casos, o lodo de esgoto deve não
ser reciclado, pois contém metais pesados, agentes patogênicos, pesticidas e resíduos de drogas,
esteroides e hormônio.” 
Sem sombras de dúvidas essa é uma questão que fundamentalmente precisa ser
respondida, é a solução, em hipótese alguma, deve ser morosa a ponto de incrementar ainda mais o
problema - o fator tempo é crucial! Ao longo da história do desenvolvimento humano o homem
passou e passa por um intenso processo de materialização. Será que o nosso futuro, na espaçonave
terra – Buckmister Fuller, depende de um processo reverso – Desmaterialização? 
De acordo com Bill gates em “Como evitar um desastre Climático – As soluções que temos
e as inovações necessárias”, Companhia das Letras , 1a. Edição, São Paulo, 2021; na página 9 
“Há dois números que você precisa ter em mente sobre mudanças climáticas. Um é 51
bilhões. O outro é zero. (grifo meu) … Cinquenta e um bilhões são as toneladas de gases de efeito
estufa que o mundo lança à atmosfera anualmente. … Zero é o que devemos almejar. Para impedir
o aquecimento global e evitar os piores efeitos das mudanças climáticas – e eles serão bem ruins
– , o ser humano precisa parar de emitir gases de efeito estufa para a atmosfera.”
Fonte: consulta ao sítio eletrônico Whats New - Berkeley Earth (lbl.gov) , consulta em 10/07/2021.
O gráfico acima apresenta a evolução do aumento da temperatura média anual para o nosso
país; como é possível observar considerando o idos de 1900 até o ano de 2020, aproximadamente,
foram acrescidos a média anual de temperatura, 20C – em 120 anos, o nosso país se tornou em
média dois graus mais quente!
Qual é o impacto deste alteração? - podemos citar um exemplo. Recentemente é de intenso
discussão a questão acerca se vai ser necessário ou não um novo racionamento de energia , sabe-se
que 80% de nossa matriz energética é baseado no modal hidroeletricidade, a partir do momento que
não a recomposição dos níveis mínimos dos reservatórios das usinas hidroelétricos, no período
chuvoso – há risco na oferta de energia ao Sistema Nacional de Energia, antes de ser uma decisão
técnica, há também a questão política, pois de uma forma direta ou indireta afetará a vida das
pessoas. Uma lei inexorável da economia – A Lei da oferta e da procura! Na prática, já estamos
vivendo as consequências – Aumento acima da inflação oficial da conta de luz!
• Qual é a proporção de gases de feito estufa gerada pelas coisas que fazemos?
Fabricar coisas (cimento, aço, plásticos) 31%
Ligar as coisas da tomada (eletricidade) 27%
Cultivar e criar (plantas, animais) 19%
Transportar as coisas (aviões, caminhões,
cargueiros, trens)
16%
Manter as coisas quentes ou frias (Sistemas de
aquecimento, ar-condicionado, refrigeração)
7%
100%
Fonte: adaptado de Gates, Bill, Como evitar um desastre Climático – As soluções que temos e as
inovações necessárias, Companhia das Letras , 1a. Edição, São Pulo, 2021; na página 68. 
http://berkeleyearth.lbl.gov/regions/brazil
“Estamos ficando sem lugares adequados para enterrar nosso lixo. A quantidade de aterros
sanitários nos Estados Unidos diminuiu de 14 mil em 1970 para menos de 1.600 hoje, com uma
população maior. Como vamos lidar com os resíduos sólidos? Por meio da incineração, utilizando
o calor produzido para propósitos industriais, para a geração de eletricidade ou para ambos, e
destinando apenas as cinzas para os aterros? Existe muita oposição a essa abordagem por causa
da possível poluição térmica, do ar e das águas. Quanto desse problema pode ser resolvido pela
reciclagem, pela redução de embalagens e por outros meios?” [Roger A. Hinrichs, Merlin
Kleinbach, Energia e Meio Ambiente,Tradução da 5a edição norte-americana, Cenpage Learning,
2015, Cap. 1.]
• Padrões de uso de Energia 
Fig. 1 – Consumo de Energia nos EUA durante os últimos 200 anos, por combustível usado. Um
Btu é uma unidade de energia. 1 Quadrilhão de Btu = é igual a 1015 Btu.
Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana,
Cengage Learning, 2015, pp. 8.
• Até a década de 1980, o consumo de energia no mundo – especialmente nos Estados Unidos
– vinha aumentando anualmente. A Figura 1 acima mostra o consumo de energia nesse país
(EUA) nos últimos 200 anos, por tipo de combustível utilizado.
• Entre 1850 e 2000, o uso de combustíveis comerciais subiu por um fator de 100.
• No fim da década de 1940 e na década de 1950, uma média de 2,9% a mais de energia, em
relação ao ano anterior, foi usada nos Estados Unidos. 
• Nos anos 1960 e no início dos 1970, a taxa de crescimento foi ainda maior: 4,5% por ano.
Tal taxa iria fazer a quantidade de energia consumida dobrar, em apenas 15 anos.
• No fim da década de 1970, a taxa de crescimento do consumo de energia nos Estados
Unidos caiu para 3% e, no início dos anos 1980, realmente decaiu: em 1983 foram usados
11% menos energia do que em 1979, mesmo com um aumento na população.
• Durante o final da década de 1980, o consumo de energia norte-americano subiu de forma
modesta, em uma taxa menor que o produto interno bruto (PIB) do país, indicando tendência
rumo a uma maior eficiência energética. Nos anos 1990, o consumo de energia continuou a
crescer, mas em um ritmo um pouco maior do que nos anos 1980. A crise econômica global
em 2008 também resultou em diminuição do consumo total de energia. 
Fig. 2 – Consumo Global de Energia por país: Ano base 2008. Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach,
M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana, Cengage Learning, 2015, pp. 11.
O que podemos dizer acerca do gráfico 2?
• A demanda global por energia triplicou nos últimos 50 anos, e pode triplicar novamente nos
próximos 30 anos. A maioria dessa demanda aumentada no passado ocorreu nos países
industrializados, e 90% dela foram satisfeitos por combustíveis fósseis. Isso é bom ou é
ruim ? 
• Contudo, nos anos vindouros, a maior parte da demanda aumentada por energia virá dos
países em desenvolvimento, já que eles buscam atingir objetivos e metas de crescimento. A
tendência dos países industrializados é estabilizar o crescimento médio anual por demanda
de energia em torno de 1% (maior eficiência energética e menor crescimento populacional,
aliado ao fato, do ponto de vista macroeconómico, o PIB deve estabilizar em torno de 1%).
Lembre-se a a taxa de crescimento da China é está declinando ! Por que ?
• É difícil acreditar que 1,4 bilhões de pessoas têm pouco ou nenhum acesso à eletricidade e
que 2,7 bilhões dependem basicamente de combustíveis tradicionais (como biomassa –
madeira e resíduos animais). Tais deficiências colocam sérias restrições ao desenvolvimento
social e à saúde dessas populações.
Fig. 3 - Consumo global de energia, 1970 - 2025, para países industrializados, em desenvolvimento
e antiga União Soviética. também são mostradas as participações regionais no consumo total final
em 2007. (OCDE é a Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico). Fonte:
Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana,
Cengage Learning, 2015, pp. 10.
• Projeta-se que o consumo de energia nos países industrializados vá aumentar apenas 1% por
ano nas próximas décadas, enquanto nos países em desenvolvimento essa taxa de
crescimento será de aproximadamente 3% por ano. Se tais projeções se tornarem realidade,
os países em desenvolvimento estarão consumindo mais energia que os industrializados por
volta de 2025. 
Fig. 4 - Consumo de Energia por fonte para o mundo e para os
Estados Unidos. Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a.
Edição Americana, Cengage Learning, 2015, pp. 11.
• A participação de cada combustível certamente mudou ao longo dos anos. Originalmente,
para produzir trabalho, os seres humanos utilizaram, além de seus músculos, os animais, a
água e o vento.
• A sociedade pré-industrial assentava-se no uso de fontes renováveis de energia, como a
água, o vento, o sol e a biomassa. 
• A mudança para o uso de recursos não renováveis começou no século XVIII, quando uma
sociedade cada vez mais industrializada passou a queimar combustíveis fósseis para fazer
funcionar as máquinas a vapor (inventadas em 1763) e para fundir o ferro. 
• Observe que em torno de 80% da energia usada nos Estados Unidos vêm de combustíveis
fósseis. 
• No caso do mundo, se combustíveis não comerciais tradicionais como madeira e esterco
forem contabilizados, as fontes renováveis respondem por aproximadamente 20% do total
consumido.
• O primeiro poço de petróleo moderno foi escavado na Pensilvânia, em 1859, e o petróleo
teve seu consumo aumentado após a invenção do motor de combustão interna na década de
1870. Como tanto o número de motores quanto a disponibilidade de petróleo cresceram, a
contribuição deste último aumentou após 1920. Suas características de queima relativamente
limpa eram desejáveis por razões ambientais. Eventualmente, o carvão foi substituído pelo
petróleo nas indústrias e nas usinas de energia. Hoje, este último responde por
aproximadamente 40% do consumo de combustíveis nos Estados Unidos e no mundo.
Fig. 5 - Consumo de Energia nos Estados Unidos por combustível durante o
último século. Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a.
Edição Americana, Cengage Learning, 2015, pp. 13.
• Observe a grande diminuição nas contribuições percentuais da madeira e do carvão e o
rápido crescimento da participação do petróleo e do gás natural após a Segunda Guerra
Mundial.
• Até a década de 1940, os Estados Unidos produziam praticamente todo o petróleo de que
precisavam. Contudo, a crescente demanda por energia e o declínio da produção forçaram o
país a importar petróleo a partir do fim da década de 1950. 
• A produção atingiu seu ápice em 1970 (com 11 milhões de barris por dia, abreviado como
MBPD) e aumentou no fim da década pelo petróleo vindo do Alasca, mas essa fonte entrou
em declínio em 1988. Atualmente, a produção total do país é de menos de 5 MBPD.
• Em 2020, o consumo de petróleo dos EUA foi em média de cerca de 18,12 milhões de
barris por dia (b / d), que incluiu quase 1 milhão de b / d de biocombustíveis.1 O
consumo total de petróleo dos EUA foi cerca de 13% menor em 2020 do que os níveis
em 2018 e 2019 em grande parte devido às respostas à pandemia COVID-19. O
consumo da maioria dos produtos petrolíferos em 2020 foi menor do que em 2019. (Fonte:
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php, consulta
em 12/07/2021).
Fig. 6 - Consumo de Petróleo dos EUA por consumidor final em percentagem em relação ao total
consumido em 2020. Fonte: https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-
of-oil.php, consulta em 12/07/2021.
Fig. 7 – Quanto Petróleo é consumido mundialmente? O Consumo total de petróleo no mundo em
2018 foi cerca de 100 milhões de barris / dia. Fonte: https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-
petroleum-products/use-of-oil.php, consulta em 12/07/2021.
• PETRÓLEO: UM RECURSO CRÍTICO 
◦ O petróleo alimentou a maior parte do aumento do consumo global de energia desde a
Segunda Guerra Mundial. Em 1950, o petróleo era responsável por menos de um terço
do uso de energia mundial; hoje essa parcela já é de 40%.
◦ O baixo custo do petróleo e a sua adaptabilidade a diversos usos – de aquecimento a
transporte e produção de energia elétrica – tornaram-no a escolha mais adequada para
uma economia em expansão. 
◦ A rápida taxa de crescimento do consumo de petróleo nos Estados Unidos, em torno de 
1,5% ao ano.
◦ Cerca de 100 países produzem petróleobruto. No entanto, em 2020, cinco países
responderam por cerca de 50% da produção total de petróleo bruto do mundo.
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/use-of-oil.php
Fig. 8 – Os cinco maiores produtores de petróleo do mundo em 2020. Fonte:
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-comes-
from.php, consulta em 12/07/2021.
Fig. 9 - Os cinco maiores produtores de petróleo - de 1980 até 2020, em milhões de barris por
dia. Fonte: https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-
comes-from.php, consulta em 12/07/2021.
• De todo o petróleo consumido nos Estados Unidos, 66% vai para os transportes (veja fig. 6).
Mesmo que haja uma inversão da matriz energética para predominantemente uso de energia
renovável, vale destacar, que o petróleo como recurso energético também é usado como
matéria-prima para a produção de plásticos e fertilizantes, na indústria farmacêutica, etc.
Espera-se que o petróleo permaneça como fonte dominante de energia internacional ainda
por várias décadas, com a demanda crescendo a cada ano. Muito dessa demanda ocorrerá
nos Estados Unidos, China e Índia.
• As últimas três décadas têm sido extremamente voláteis para o quadro global da energia e
para a economia mundial. Uma análise dos preços do petróleo em função do tempo reflete
tais eventos internacionais. Com o valor constante do dólar, o preço real do petróleo
diminuiu durante as décadas de 1950 e 1960, estimulando um rápido incremento na sua taxa
de uso. Durante a fase inicial dessa expansão, a maior parte da produção de petróleo era
controlada por grandes companhias multinacionais. Contudo, os países produtores
pressionaram por um maior controle das operações.
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-comes-from.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-comes-from.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-comes-from.php
https://www.eia.gov/energyexplained/oil-and-petroleum-products/where-our-oil-comes-from.php
Fig. 10 - Preços do petróleo no mundo: 1970 - 2010, em dólares de 2008. os preços do petróleo
refletem os eventos internacionais. como os preços subiram drasticamente desde 2005, usa-se um
eixo y condensado para o preço por barril de 2005 a 2011. Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M.,
Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana, Cengage Learning, 2015, pp. 13.
• Um cartel de países produtores chamado Organização dos Países Exportadores de Petróleo
(Opep) foi formado em 1960, e sua influência aumentou por causa das mudanças políticas e
da crescente demanda global por petróleo.
• Como os países da Opep intensificaram sua participação no mercado de venda de petróleo
no início da década de 1970, eles começaram a estabelecer seus próprios preços para as
exportações e tomaram o controle das mãos das companhias estrangeiras. Diversos eventos
ocorridos nas décadas de 1970, 1980 e 1990, como descrito na lista a seguir, provocaram
uma série de repentinos aumentos nos preços do petróleo, que tenderam a permanecer
efetivos mesmo após a mudança do cenário político.
• No início da guerra entre árabes e israelenses em outubro de 1973, os países árabes
membros da Opep impuseram um embargo do petróleo contra alguns países ocidentais,
entre os quais os Estados Unidos, e reduziram a produção. Essa interrupção no
abastecimento fez os preços do petróleo no mercado mundial triplicarem, de
aproximadamente US$ 8 por barril para mais de US$ 25 por barril (dólar com valor de
1985).
• A revolução iraniana em 1978 e 1979 interrompeu a produção de quase 6 milhões de barris
de petróleo por dia no país. Apesar de outros países terem aumentado suas produções e
reduzido um pouco o impacto desse evento, o efeito cascata do conflito iraniano foi uma
redução do mercado mundial de aproximadamente 2 milhões de barris de petróleo por dia,
quando o valor do barril dobrou, passando de US$ 22 para US$ 44.
• A resposta do mercado mundial de energia aos altos preços do petróleo foi a redução do
consumo, o estabelecimento de padrões de consumo mais eficientes e o desenvolvimento de
fontes alternativas de energia. Nos Estados Unidos, o presidente Ronald Reagan cancelou o
controle sobre o preço do petróleo em 1981. A produção doméstica do país aumentou, e a
taxa de perfuração atingiu um valor recorde. Como resultado dessas respostas do mercado, a
dependência mundial do petróleo da Opep diminuiu de 28 MBPD, em 1980, para
aproximadamente 17 MBPD, em 1985. O consumo mundial de petróleo caiu em torno de
14% durante o período.
• Os preços do petróleo começaram a cair em 1981. Em 1986, os preços diminuíram em quase
três vezes o valor inicial, em razão de a Opep tentar recuperar sua participação no mercado
que decrescia, aumentando sua produção e reduzindo os preços. Em menos de um ano a
Arábia Saudita triplicou sua produção para quase 6 MBPD.
• A invasão do Kuwait pelo Iraque em agosto de 1990 desencadeou um inesperado aumento
do preço do petróleo no mercado mundial, fazendo-o chegar ao seu valor máximo em oito
anos. Em virtude de outros países, como a Arábia Saudita, começarem a substituir a
produção do Kuwait, os preços caíram novamente. A libertação do Kuwait pelos Países
Aliados em janeiro de 1991 causou outra queda nos preços do petróleo.
• Em 1998, uma forte diminuição das economias dos países asiáticos, associada ao aumento
dos inventários mundiais de petróleo após dois invernos quentes, levou o preço ao seu valor
mais baixo em 20 anos. Entretanto, em um ano o preço do petróleo triplicou em razão do
aumento da demanda e dos cortes de produção da Opep. Mas a grande variação continua.
Uma recessão econômica nos Estados Unidos no fim da década de 1990 e os eventos de 11
de setembro de 2001 (com o consequente medo de uma recessão mundial) reduziram o
preço do petróleo à metade. Depois, os preços cresceram em consequência de cortes de
produção, da iminente ação militar no Iraque e da agitação na Venezuela. A continuação de
uma forte demanda, especialmente pela Ásia, pressionou a capacidade sobressalente, e as
incertezas quanto às reservas de petróleo levaram os preços a recordes de aumento no início
de 2008.
• Os preços do petróleo caíram ao final de 2008 por causa da recessão mundial. Nos Estados
Unidos, o consumo total de energia caiu em 5% entre 2008 e 2009. A recuperação da
economia em 2010 trouxe os preços de volta a US$ 80 por barril. A instabilidade social e
política no Oriente Médio e norte da África (a um nível ainda mais profundo recentemente)
fez os preços subirem para mais de US$ 100 por barril, em 2011. Em termos mundiais, as
importações de petróleo estão aumentando e delineiam uma futura crise energética. Os
preços mundiais do barril de petróleo são muito difíceis de ser previstos. Nos próximos anos
o crescimento da demanda virá provavelmente dos países em desenvolvimento,
especialmente a China e a Índia, enquanto a maior parte do crescimento da produção deverá
ocorrer na Arábia Saudita, no Kuwait e nos Emirados Árabes Unidos. [Fonte: Hinricks, R.
A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição Americana, Cengage
Learning, 2015, pp. 24 a 27.]
Fig. 11 - Preços do petróleo bruto - gráfico histórico de 70 anos. Fonte:
https://www.macrotrends.net/1369/crude-oil-price-history-chart, consulta em 12/07/2021.
https://www.macrotrends.net/1369/crude-oil-price-history-chart
Aula de 19/07/2021 – Termofluidodinâmica I
Universidade Federal do Espírito Santo –UFES
DETEC – São Mateus / ES
Prof. Dr. Eng. Maximilian Serguei Mesquita
• Conservação de Energia: 
A energia total consumida durante qualquer atividade pode ser considerada por dois
fatores: a eficiência energética da atividade – quanto de energia útil é possível se obter em função
da energia de entrada – e a extensão ou abrangência desta atividade, a qual, pode ser expressa por
meio do comprimento/quantidade daquela atividade, por exemplo: quantos quilômetros foram
percorridos? ou por quanto tempo as lâmpadas estiveram ligadas? A energia consumida em um mês
por um determinado carro depende do seu consumo (em quilômetros por litro, por exemplo) e do
número de quilômetros percorridos naquele mês.
Os esforços de conservação de energia normalmente concentram-se em um ou outro desses
fatores. Duas abordagens relacionadas a tais esforços são:
• O “ajuste técnico”, que consiste na utilização mais eficaz do combustível para
desempenhar a mesma tarefa, como, por exemplo, dirigir um carro com um motor mais
eficiente, reduzindo a energia requerida por essa atividade.
Fig. 1 – A evolução dos principais modelos de aviões durante os 100 anos de história
da aviação mundial. [Fonte: Bejan, A.; Charles, J. D.; Lorente, S.; The evolution of airplanes,
Journal of Applied Physics 116, 044901 (2014)
“Muito mais simples ao olhar para a Fig. 1. Os dados representam os tamanhos dos novos modelos
de aviões e os anos em que foram colocar em serviço. Cada novo modelo era presumivelmente
mais econômico (eficiente) do que seus antecessores do mesmo tamanho, porque caso contrário,
não teria sido bem-sucedido em ser adotado. (…) Pense em um veículo que consome combustível e
se move na superfície terrestre, no mapa-múndi, e pergunte o quão grande deve ser um dos
sistemas (órgãos) deste veículo? Por exemplo, um duto com um fluido fluindo através dele – duto
do sistema de condicionamento de ar; ou ainda, a superfície do trocador de calor do controle
ambiental do sistema. Como o tamanho deste” órgão” é finito, o veículo é penalizado (em termos
de combustível) pelo componente de duas maneiras: Primeiro, o “órgão” está cheio de correntes
que fluem superando as resistências, obstáculos e todos os tipos de “fricção” (força de atrito). No
escopo da termodinâmica, este fenômeno universal é chamado de irreversibilidade, ou destruição
de energia útil (exergia), ou ainda de geração de en tropia . Esta penalidade de combustível é
menor quando o tamanho do “órgão” é maior, porque quanto maior significa dutos mais largos e
maiores superfícies de transferência de calor. Nesse limite, quanto maior, é melhor, porque o
“órgão” apresenta menos resistência ao fluxo de fluido, calor, massa e tensões. Em segundo lugar,
o veículo deve queimar combustível para transportar “órgão”. A penalidade de combustível para
carregar o “órgão” é proporcional ao peso do “órgão”. Esta segunda penalidade comanda que
quanto menor melhor, e está em conflito com a primeira. Deste conflito emerge a descoberta de que
o “órgão” deve ter um tamanho característico que é finito, não muito grande, não muito pequeno,
mas certo para aquele veículo particular. O tamanho do “órgão” recomendado por esta troca é tal
que grandes “órgãos” (tubos, trocadores de calor, bombas, compressores, turbinas) pertencem a
grandes veículos e pequenos órgãos pertencer a veículos pequenos.”
• A “mudança no estilo de vida”, que significa usar conscientemente uma menor quantidade
de combustível, por meio de comportamentos como desligar o ar-condicionado ou dirigir
por percursos menores, reduzindo, assim, a frequência da atividade.
O sucesso máximo possível dos ajustes técnicos para conservação de energia é limitado
pelas leis da física (por exemplo, primeira e segunda Lei da T.D).
Entretanto, ainda existe muito campo para melhoramentos nessa abordagem, especialmente
em relação ao uso eficiente de energia para realizar determinadas tarefas. 
Por exemplo, uma lâmpada fluorescente de 20 watts produz a mesma quantidade de luz que
uma incandescente de 75 watts, e dura dez vezes mais. O custo inicial da lâmpada fluorescente é
maior, mas a economia nos custos de eletricidade durante o uso médio de um ano vai pagar o
investimento. Se substituirmos as lâmpadas incandescentes por fluorescentes ou lâmpadas a LED,
será necessário um número menor de usinas elétricas. O investimento na construção de uma planta
industrial para a produção de lâmpadas eficientes no uso de energia será muito menor que para a
construção de uma usina de geração de eletricidade. 
Na conservação de energia, as questões são muito mais que apenas tecnológicas, porque o
consumo de energia também depende da “frequência da atividade”.
Observação: Muitas pessoas afirmam que os preços da energia deveriam refletir mais o que
vai custar para substituir os decrescentes suprimentos de combustíveis não renováveis, como o
petróleo e o gás natural, do que apenas o preço para obtê-los. As sociedades não vão mudar para
tecnologias de energia renovável e equipamentos mais eficientes se os combustíveis fósseis
forem quase gratuitos.
Fig. 2 - Consumo per Capita de Energia nos EUA durante os últimos
130 anos. [Fonte: Hinricks, R. A., Kleinbach, M., Energia e Meio Ambiente, tradução da 5a. Edição
Americana, Cengage Learning, 2015, pp. 29].
• Uma das principais forças por trás da redução per capita no uso de energia nos Estados
Unidos durante o início da década de 1980 foram os altos preços do petróleo.
• Entre 1900 e 1980, aumentou de 80 milhões para 320 milhões de Btu por ano. 
• O uso per capita norte-americano de eletricidade foi seis vezes maior em 2000 do que em
1950. Nos últimos cinco anos, ele caiu cerca de 5%.
• O aumento da ênfase na conservação de energia é firmado com alguns argumentos
convincentes:
◦ As tecnologias de conservação são alternativas mais efetivas em relação aos custos 
do que o desenvolvimento de tecnologias de abastecimento adicionais. Isso quer
dizer que, na maioria dos casos, será mais barato economizar 1 barril de petróleo do que
desenvolver 1 barril de um novo substituto para ele. “O investimento em conservação de
energia gera um retorno melhor do que o investimento em suprimentos de energia”,
afirmou a International Energy Agency em 1987.
◦ A conservação vai ampliar a duração dos limitados recursos energéticos da Terra, não
apenas para os Estados Unidos como também para os demais países. Hoje, mais da
metade dos países em desenvolvimento depende de petróleo importado para suprir 75%
ou mais de suas demandas comerciais de energia. A conservação dará mais tempo
para o possível desenvolvimento de recursos inesgotáveis, como a energia solar e a 
energia eólica . 
◦ As tecnologias de conservação podem ser colocadas em utilização muito mais 
rapidamente do que podemos aumentar os suprimentos alternativos. São
necessários de dois a quatro anos para se abrir uma nova mina de carvão, dois a três anos
para se construir uma usina de geração de energia por turbina a gás, cinco a sete anos
para a construção de uma usina de geração de energia por combustão de carvão, e nove a
onze anos para se construir uma usina nuclear. Muitas práticas de conservação podem
ser iniciadas imediatamente porque a tecnologia adequada já está disponível e é simples,
para, por exemplo, melhor isolar termicamente as construções. O dinheiro exigido para
tais medidas de economia de energia é menor que para a aplicação de tecnologias
de abastecimento intensivas do ponto de vista de investimento de capital.
◦ A conservação de recursos combustíveis fósseis é particularmente crucial para o futuro,
já que a sua utilização como matéria-prima das indústrias químicas (como as
farmacêuticas e as de plásticos) é muito mais importante do que seu uso na geração de
energia.
◦ A conservação de recursos combustíveis fósseis é particularmente crucial para o futuro,
já que a sua utilização como matéria-primadas indústrias químicas (como as
farmacêuticas e as de plásticos) é muito mais importante do que seu uso na geração de
energia.
Fig. 3 – Indicadores de Consumo e Gastos com Energia nos EUA.
• A crença de que o crescimento econômico sempre significaria o aumento da quantidade de
energia usada era fortemente defendida alguns anos atrás. Como há necessidade de energia
para gerar um determinado produto, pode-se esperar uma relação constante entre o
PIB e o consumo de energia.
• Essa relação foi constante até o início da década de 1980, quando os altos preços do petróleo
encorajaram programas de conservação de energia e aumento da eficiência, causando uma
significativa diminuição do uso per capita de energia, em especial nos Estados Unidos.
• De 1980 até a recessão econômica de 2008, o consumo de energia aumentou apenas uma
média de 1% ao ano, enquanto o PIB (em valores constantes do dólar) cresceu entre 3 e 5%
anualmente.
• Um relatório do Office of Technology Assessment dos Estados Unidos determinou que dois
terços desse melhoramento no uso de energia foram resultados da conservação e do aumento
da eficiência no uso, e o outro terço originou-se da mudança para uma economia mais
voltada aos serviços. 
• O uso de energia tem aumentado rapidamente desde 1986, mas a tendência de conservação
se mantém, como pode ser visto pela contínua diminuição da relação entre consumo (Btu) e
PIB. Essa relação é usualmente chamada intensidade energética. 
• Recentemente, no mundo industrializado, o crescimento da demanda energética tem sido
menor que o crescimento econômico; como resultado, a intensidade energética tem
decrescido. No mundo em desenvolvimento, o aumento da demanda e o crescimento
econômico têm sido mais correlacionados e a intensidade energética permanece
relativamente constante.
• Cenários F uturos: 
◦ A situação global política e da energia, hoje, é drasticamente diferente da que existia no
início da década de 1970. Os baixos preços do petróleo durante a década de 1990
provocaram aumento no consumo e desestimularam a conservação de energia e o
desenvolvimento de recursos energéticos alternativos. Entretanto, o ambiente econômico
tem mudado, e isso pode tornar mais fácil lidar com futuras interrupções no
abastecimento e com a escassez.
▪ Os Estados Unidos, atualmente, dependem menos do petróleo para sua mistura
combustível e mais do carvão, do gás natural, da energia nuclear e das tecnologias
renováveis do que a uma década atrás.
▪ A produção petrolífera, atualmente, está mais dispersa entre países que não fazem
parte da Opep do que em 1973, quando 56% do abastecimento mundial vinha desses
países.
▪ Graças, em parte, aos elevados preços do petróleo da década de 1970, aprendemos
tanto a conservar energia nos setores residenciais e industriais quanto a construir
equipamentos mais eficientes no uso da energia. A eficiência no consumo de
combustível dos novos carros (excluindo SUV e caminhões leves), hoje, é 62%
maior que no meio da década de 1970 (aumentando de 17,5 para 28,5 milhas por
galão). Os novos refrigeradores são 300% mais eficientes na utilização de energia do
que eram em 1973.
▪ A energia renovável, quase desconhecida em 1973 (com exceção da energia
hidrelétrica), tem estado em constante crescimento, tanto nos países desenvolvidos
quanto naqueles em desenvolvimento.
De acordo com Hall & Klitgaard em “Energy and the Wealth of Nations – An Introduction
to Biophysical Economics, Second Edition, Springer Verlag, 2018, pp. 468 – 472; Os autores
afirmam que:
• “Cada vez que a economia dos EUA emergiu de uma recessão nos últimos 40 anos , houve
um aumento no uso de petróleo, enquanto mantinha-se um baixo preço do petróleo.
Infelizmente, o petróleo é um recurso finito. Quais são as implicações para o futuro
crescimento econômico se após uma recessão: (1) Se os suprimentos de petróleo sejam
incapazes de aumentar com a demanda ou; (2) aumento do suprimento de petróleo, mas a
um preço maior?”
• “Para empreender esta investigação, devemos examinar primeiro o atual e a provável
situação futura do fornecimento de petróleo; então a partir disso, podemos fazer
inferências sobre como a futura oferta e o preço do petróleo significam para o
crescimento econômico . ”
• Uma vez que o consumo de petróleo causa mudança no crescimento econômico , entender
como o pico do petróleo e a energia líquida impactam a oferta e o preço do petróleo é
importante para compreender a capacidade de crescimento de nossa economia no futuro.
Para esse fim, reveremos a teoria e o status atual de como o pico de petróleo e a energia
líquida dizem respeito ao fornecimento de petróleo, e, em seguida, discutiremos como
ambos podem influenciar preço do petróleo. 
• O otimismo sobre a futura disponibilidade de óleo, geralmente começa, com a observação
de que há uma grande quantidade de petróleo restante na Terra, provavelmente de três a
dez vezes o que extraímos, e, geralmente, associada a suposição de que a tecnologia futura
impulsionada por sinais de mercado obterá muito deste óleo supostamente existente. Há
pelo menos dois problemas com essa visão. O primeiro é o do “pico do petróleo”. Está
claro que chegamos, ou iremos em breve, atingir um limite físico em nossa capacidade de
bombear mais óleo do subsolo. Por muito tempo, a produção de petróleo cresceu entre três
a quatro por cento ao ano. Desde 2004 tem havido pouco ou nenhum crescimento da
produção global de petróleo. 
• O retorno sobre o investimento em energia (EROI – Energy Return on Investment) é a
razão entre a quantidade de energia utilizável obtida de um recurso e a quantidade de energia
gasta para produzir essa quantidade líquida de energia. Por exemplo, é preciso energia para
localizar, extrair, entregar e refinar o petróleo bruto antes que ele possa ser usado como
energia. 
• Segundo problema é que o óleo deixado no subsolo exigirá uma quantidade crescente de
energia para extrair, em algum ponto, tanto quanto, a energia equivalente no óleo ainda a
ser explorado. Há uma tendência clara de que o EROI da produção de petróleo está
diminuindo em cada região para a qual os dados estão disponíveis. Isso mostra que o
esgotamento é mais importante do que os avanços técnicos. Gagnon et al. [16] relatam
que o EROI para extração global de petróleo diminuiu de cerca de 36: 1 na década de 1990
para 18: 1 em 2008. Esta tendência de queda é decorrente de, pelo menos, dois fatores: 
◦ Primeiro, cada vez mais as ofertas disponíveis de petróleo devem vir de fontes, que a
princípio, são inerentemente mais intensiva de energia para produzir, simplesmente
porque as empresas desenvolveram primeiramente os recursos de menor custos antes
dos mais caros. Por exemplo, em 1990, apenas dois por cento das descobertas foram
localizadas em águas ultraprofundas locais, mas em 2005 esse número era de 60 por
cento (ver Fig. 4). 
◦ Em segundo lugar, técnicas avançadas de recuperação de óleo, como a injeção de vapor
ou de gases (CH4, Nitrogênio e futuramente CO2?) estão sendo implementados cada vez
mais. Para exemplo, a injeção de nitrogênio foi iniciada no outrora campo supergigante
de Cantarell no México em 2000, o que impulsionou a produção por 4 anos, mas desde
2004, a produção do campo diminuiu precipitadamente. Embora as técnicas de
recuperação avançadas de óleo tenham aumentado a produção no curto prazo, eles
também aumentam significativamente o inputs de energia necessário para a produção,
comprometendo grande parte do ganho de energia líquida para a sociedade. Assim,
parece que o óleo adicional é improvável que esteja disponível, e se assim for, terá um
baixo EROI e, portanto, alto preço.
Fig. 4 – Águas profundas (deepwater) – descobertas de petróleo como uma porcentagem das
descobertas totais de 1990 a 2005 (Fonte: Jackson 2009)