aula 8_9 2023

Prévia do material em texto

ACH - 4026 
- Recursos Naturais, Hídricos, Minerais e Energéticos-
recursos 
energéticos 
CONCEITOS - Energia
“S.f. [Do gr. enérgeia, pelo lat. energia.] 
1. Maneira como se exerce uma força. 
2. Força moral; firmeza: Notável a energia de seu caráter: Tem agido com 
grande energia. 
3. Vigor, força: Com a idade, perdeu a energia. 
4. Filos. Segundo Aristóteles (v. aristotélico), o exercício mesmo da atividade, 
em oposição à potência da atividade e, pois, à forma. 
5. Fís. Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. A 
energia pode ter várias formas (calorífica, cinética, elétrica, 
eletromagnética, mecânica, potencial, química, radiante), 
transformáveis umas nas outras, e cada uma capaz de provocar 
fenômenos bem determinados e característicos nos sistemas físicos. 
Em todas as transformações de energia há completa conservação 
dela, i. e., a energia não pode ser criada, mas apenas transformada 
(primeiro princípio da termodinâmica). A massa de um corpo pode se 
transformar em energia, e a energia sob forma radiante pode 
transformar-se em um corpúsculo com massa [símb.:E].” 
Energia - Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho
Unidade = Joule (J) (Newton x Metro)
CONCEITOS
força ao longo de um deslocamento.
CONCEITOS - Energia
CONCEITOS
Energia - Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho
Considerando que se empurrarmos um objeto ladeira acima estamos 
realizando trabalho, fornecendo tanto energia cinética quanto energia 
potencial.
W = D (EC + EP) 
Atrito? 
W = D (EC + EP + ET) 
Em sistemas físicos também podemos considerar a energia química e 
elétrica (EE e EQ)
W = D (EC + EP + ET+ EElet + EQum) 
CONCEITOS - Energia
CONCEITOS
Aplicando energia a um corpo... Ele realizará trabalho ou CALOR 
(transferência de temperatura)
Q + W = D (E tot) 
Primeira lei da termodinâmica!!
Conservação de energia = E total é igual a E de saída mais E armazenada
Dado por Caloria (1 cal = 4,184 J)
ΔEc + ΔEpgrav + ΔEpelétr.+ ΔEpelást.+ ΔEinterna... = 0 
CONCEITOS - ENTROPIA
podemos identificar o aumento da entropia de um sistema que evolui de forma 
isolada com a diminuição da quantidade de energia útil, ou seja, com a 
degradação. A idéia de degradação contribui para ressignificar à idéia de 
consumo, reforçando a concepção de que a energia não pode nem ser criada 
nem destruída.
Recursos energéticos = Energia útil = Baixa entropia
Potência – Taxa com que se realiza trabalho, ou a taxa com que a energia 
é utilizada/transferida
Unidade = Watt (W) = J/s (Joule por Segundo)
Não confundir com “W” de Trabalho
CONCEITOS
Potência = 
Trabalho realizado
Tempo Gasto
Texto de apoio - INTRODUÇÃO AO CONCEITO DE ENERGIA 
Fontes de Energia
Renováveis - a energia que é 
extraída de fontes naturais capaz de 
se regenerar, conseqüentemente 
inesgotável. Ex: energia solar, 
energia eólica, etc. 
Não Renováveis - a energia que se 
encontra na natureza em quantidades 
limitadas, que com sua utilização se 
extingue. Ex: petróleo, carvão 
mineral, etc. 
Fonte = Origem? Energia tem origem?
Sistema Terra = fontes primárias (quais?)
CONCEITOS – Recursos Energéticos
Conversão de Energia
Formas de energia •Química
•Nuclear
•Radiante
•Térmica
•Elétrica
•Mecânica (cinética e potencial)
Sempre haverá perda!!!!
Conversão de Energia
Para 
Química
Para 
Elétrica
Para 
Calor
Para
Luz
Para Mecânica
De
Química
alimentos Bateria Fogo Vela 
fosforescência
Músculo
Motor de foguete
De 
Elétrica
Hidrólise
Bateria
transformador Resistência Lâmpada 
fluorescente
Motor elétrico
De
Calor
Vaporizador termopar Bomba de calor fogo Motor a vapor/
De
Luz
fotossíntese Célula Solar Irradiador solar Laser ?
De
Mecânica
alternador gerador Atrito / fricção faísca Roda de água / 
bicicleta
CONCEITOS – Recursos Energéticos
Eficiência de conversão de energia – é a taxa com que se 
mede a competência de produção de trabalho ou energia UTIL 
sobre o total de Energia armazenada ou transferida
CONCEITOS – Recursos Energéticos
Eficiência
Esquema Eficiência
Geradores elétricos 
(mecânica – elétrica)
70 – 95 %
Motor Elétrico
(elétrica – mecânica)
50 – 90%
Forno a Gás
(Química – Térmica)
70 – 90%
Turbina de vento
(mecânica – elétrica)
35 – 50%
Usina termoelétrica
(química – térmica – mecânica – elétrica)
30 – 40%
Motor a explosão (automóvel)
(química – térmica – mecânica)
20 – 30%
Lâmpada 
(elétrica – Luminosa)
5 – 25%
CONCEITOS – Recursos Energéticos
Eficiência em sistemas(Exemplo)
70%
90%
5%
3 %
CONCEITOS – Recursos Energéticos
CONCEITOS – Diagrama Sankey
Motor Combustão Interna
CONCEITOS – Diagrama Sankey
Biomassa para acender uma lampada
CONCEITOS
Sempre haverá dispersão de energia (perda ?)
Combustíveis Fósseis
• Recursos Minerais
 - Concentração anômala
 - Processo de concentração/ Ambiente geológico
 - Tempo (geológico)
 - Processos de exploração/explotação
• Recursos Energéticos
 - Transformação de energia 
 - Eficiência (diagrama sankei)
 - Dispositivos (Usos)
CONCEITOS
Combustíveis Fósseis
Fóssil - Restos ou vestígios de vida que existiram em 
épocas anteriores à atual.
Combustão - uma reação química de oxidação-
redução onde necessariamente temos a presença de 
um combustível e de um comburente (oxigênio). Esta 
reação sempre libera energia calorífica e luminosa no 
espectro visível ou não.
Energia química 
Energia elétrica 
Energia cinética 
Energia térmica 
Combustíveis Fósseis
Hidrocarbonetos (H e C) produzidos em processos 
associados à diagênese
•Bacias Sedimentares!
• Óleo (betume, petróleo)
• Gás 
• Carvão Mineral
Carvão
Primeiras
árvores
mais antigos
depósitos de 
carvão
Depósitos de 
carvão no Brasil
Uso energético – Utilização histórica reflete momentos de alto consumo 
(expansão de siderúrgicas e grandes guerras)
Combustível fóssil sólido formado a partir da matéria orgânica de vegetais 
depositados em bacias sedimentares. Por ação de pressão e temperatura 
em ambiente sem contato com o ar, em decorrência de soterramento e 
atividade orogênica, os restos vegetais ao longo do tempo geológico se 
solidificam, perdem oxigênio e hidrogênio e se enriquecem em carbono, em 
um processo denominado carbonificação.
Quanto mais intensas a pressão e a temperatura a que a camada de matéria 
vegetal for submetida, e quanto mais tempo durar o processo, mais alto será 
o grau de carbonificação atingido, ou rank, e maior a qualidade do carvão.
(DNPM)
Estágios de carbonificação (do menor para o maior rank), 
Turfa  linhito  carvão sub-betuminoso  carvão betuminoso  antracito. 
(estágio mínimo para a utilização industrial do carvão é o do linhito).
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Coal_bituminous.jpg
Petróleo/ GAS
O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e quantidades 
variáveis de não hidrocarbonetos.
Quando ocorre no estado líquido em reservatórios de subsuperfície ou 
em superfície, é denominado de óleo (ou óleo cru, para diferenciar do 
óleo refinado). 
É conhecida como condensado a mistura de hidrocarbonetos que 
encontra-se no estado gasoso em subsuperfície e torna-se líquida na 
superfície. Já o termo gás natural se refere à fração do petróleo que 
ocorre no estado gasoso ou em solução no óleo em reservatórios de 
subsuperfície.
O petróleo contém centenas de compostos diferentes. Em estudos 
realizados em amostras de óleo do campo de Ponca City (Oklahoma, 
EUA) foram identificados cerca de 350 hidrocarbonetos, 200 compostos 
de enxofre, além de diversos não-hidrocarbonetos.
Em termos elementares, o petróleo é composto essencialmente por 
carbono (80 a 90% em peso), hidrogênio (10 a 15%), enxofre (até 5%), 
oxigênio (até 4%), nitrogênio (até 2%) e traços de outros elementos (ex: 
níquel, vanádio, etc). A composição do Geologia do Petróleo petróleo é 
geralmente descrita em termos da proporção de hidrocarbonetos 
saturados, hidrocarbonetosaromáticos e não-hidrocarbonetos.
Recurso Reservas mundiais 
(ton)
Vida útil estimada
(anos)
Carvão 726.000 219
Petróleo 202.000 41
Gás 186.000 65
Escassez???
Fatores condicionantes da ocorrência de petróleo em
bacias sedimentares
A formação de uma acumulação de petróleo em uma bacia sedimentar requer a
associação de uma série de fatores:
(a) a existência de rochas ricas em matéria orgânica, denominadas de rochas 
geradoras; uma rocha geradora deve conter um mínimo de 0,5 a 1,0% de teor de 
carbono orgânico total (COT). O termo matéria orgânica se refere ao material 
presente nas rochas sedimentares, que é derivado da parte orgânica dos seres 
vivos. Lipídios, proteínas, carboidratos e, nas plantas superiores, lignina.
(b) as rochas geradoras devem ser submetidas às condições adequadas (tempo e 
temperatura) para a geração do petróleo (querogênio – parte insolúvel da matéria 
orgânica) Na medida em que prossegue a subsidência da bacia sedimentar, o 
querogênio é soterrado a maiores profundidades. O aumento de temperatura 
acarreta a degradação térmica do querogênio e na geração do petróleo, que sob as 
condições adequadas é expulso da rocha geradora (processo conhecido como 
migração primária) e se desloca através dos meio poroso até as trapas (migração 
secundária).
Fatores condicionantes da ocorrência de petróleo em
bacias sedimentares
(c) a existência de uma rochas com porosidade e permeabilidade necessárias à 
acumulação e produção do petróleo, denominada de rochas reservatório;
(d) a presença de condições favoráveis à migração do petróleo da rocha geradora 
até a rocha reservatório;
(e) a existência de uma rocha impermeável que retenha o petróleo, denominada de 
rocha selante ou capeadora; e
(f) um arranjo geométrico das rochas reservatório e selante que favoreça a 
acumulação de um volume significativo de petróleo.
Uma acumulação comercial de petróleo é o resultado de uma associação adequada 
destes fatores no tempo e no espaço. A ausência de apenas um desses fatores 
inviabiliza a formação de uma jazida petrolífera.
Tipos de reservatórios
Tectônico (dobramento) Estratigráfico
Tectônico (Falhamento)
Inconformidade
Recifes de coral
Domo Salino
Exploração de Combustíveis Fósseis (petróleo)
Via direta (afloramento, sondagens)
Via Indireta (técnmicas geofísicas – Gravimetria, Sísmica)
Fontes Renováveis de energia
-Uso cada vez mais incentivado por governos e sociedades em razão da 
fragilidade econômica e ambiental da utilização de combustíveis fósseis
- Preço de dispositivos ainda é o principal entrave da utilização em larga escala. 
Pode-se colocar também algumas questões tecnológicas de produção 
- Escala de consumo / produção pode ser distinta 
- Custo??? (quanto custa a geração de 1 KWh – em dolar?)
Carvão: 1,94 a 14,60
Turbina a gás: 0,97 a 3,89
Nuclear: 0,19 a 0,58
Fazenda Eólica: 0,05 a 0,24
Fontes Renováveis de energia
Biocombustíveis
Baixo investimento em dispositivos
Custo*
Baixa tecnologia de produção
O C dentro do ciclo atual (não contribui para mudanças climáticas)
Poluente
Uso do solo
Pouco eficiente
Custo*
Hidrelétricas
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/HydroElectricTurbine.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/GeradorWestingHouse.jpg
Hidrelétricas
Tecnologia desenvolvida a partir do Séc. XIX
Embora no mundo tenha uma participação de menos de 
5%, possui um papel muito importante no Brasil
-Relevo e regime hidrológico favoráveis
- Política de desenvolvimento – Exige uma integração em rede 
dada a complexidade de abastecimento e níveis de reservatórios 
e de transmissão.
- Alto investimento inicial – Construção de Barragens e usinas.
Ilha Solteira– 
SP
1972 - 1978
3444 MW
TUCURUI – PA
1976 - 1984
8 370 MW
ITAIPU – PR
1972 - 1984
14 000 MW
•Restrição de áreas agriculturáveis
•Eliminação de espécies nativas
•Mudanças climáticas regionais
•Remoção de pessoas da região
Problemas ambientais associados
Energia Solar
-Energia solar é a origem primária de uma série de 
“fontes de energia” como na Hidrelétrica (a partir da 
indução do ciclo hidrológico), combustíveis vivos e 
fósseis (a partir da fotossíntese) eólica (energia na 
atmosfera)
- A utilização da energia solar em forma luminosa 
pode ser utilizada diretamente como fonte de energia 
térmica (aquecimento) ou como fonte de energia 
elétrica a partir de dispositivos fotovoltaicos. Há 
trabalhos incipientes com utilização de dispositivos 
fotoquímicos (e.g. fotossíntese)
a Terra recebe 1 410 W/m2 de energia (ou 1,5x1018W), 
medição feita numa superfície normal (em ângulo 
reto) com o Sol. Disso, aproximadamente 19% é 
absorvido pela atmosfera e 35% é refletido pelas 
nuvens 
Energia Solar
• Pode se distinguir, basicamente, três formas de 
captação de energias solar: conversão química, 
conversão elétrica e térmica. 
As formas mais importantes de conversão química da 
energia solar são os processo foto-bioquímicos. Os 
organismos biológicos classificados como produtores 
sintetizam carboidratos a partir de água e dióxido de 
carbono, absorvendo energia solar e a armazenando em 
forma de ligações químicas. Essa energia se dissipa 
através da cadeia alimentar e, em última instância é re-
irradiada ao espaço 
Aproveitamento térmico
Os coletores solares são aquecedores de fluidos e são 
classificados em coletores concentradores e coletores planos 
em função da existência ou não de dispositivos de 
concentração da radiação solar. O fluido aquecido é mantido 
em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final 
(água aquecida para banho, ar quente para secagem de 
grãos, gases para acionamento de turbinas, etc.).
Os coletores solares planos são, hoje, largamente utilizados 
para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis, 
etc. devido ao conforto proporcionado e a redução do 
consumo de energia elétrica.
Experiência sobre efeito de aproveitamento térmico em 
escola???
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da 
conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). 
O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 
1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos 
extremos de uma estrutura de material semicondutor, 
produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a 
unidade fundamental do processo de conversão.
Energia Solar Fotovoltaica
Efeito Fotovoltaico – Atua sobre semicondutores 
caracterizados pela presença de bandas de valência e de 
condução – quando da presença de um elemento dopante 
(como fósforo e Boro)
Energia Solar - Limitações
Distribuição
Capital Temperatura
média anual
( ° C )
Radiação solar incidente
(kwh/m2.ano)
Porto Velho 26,2 1604
Manaus 27,4 1663
Natal 25,9 2013
São Paulo 23 1674
Florianópolis 20,8 1495
Brasília 21,4 1934
Energia Solar - Limitações
Dimensão ($$ e tecnologia)
Energia Solar - Limitações
Eficiência ($$ e tecnologia)
Energia Solar - Limitações
Armazenamento (baterias)
Energia Eólica
Parque eólico - Sistemas de aerogeradores destinados 
a gerar energia em grupo (otimização de captação).
Energia Eólica
Limitações – como no caso da energia solar, o campo 
de vento não é constante geográfica nem espacialmente
Tecnologia de geração não é problema. Maior desafio 
está na engenharia de materiais para a manufatura de 
ligas mais leves e eficientes e no agrupamento de 
campos 
Propõe-se que a tendência de instalação de grandes unidades 
geradoras seja complementada pela aposta em micro sistemas de 
produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável, 
Para a implementação de pequenos centros produtores, sugere-se um 
sistema híbrido de produção de energia elétrica a partir de fontes 
renováveis (sol, vento e biomassa) de baixo custo, e que 
simultaneamente apresente uma elevada eficiência. 
Em um cenário futuro, estações de energiaindividuais ou de grupos 
(bairros, quarteirões) proverão energia para o sistema, podendo, 
inclusive, vender energia excedente de volta a rede.
Fontes Renováveis de energia
Um montão de gráficos
Um montão de gráficos
Um montão de gráficos
https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/correlation-of-per-capita-energy/gmt7_fig2_energy-use-vs-gdp.png/image_large
Um montão de gráficos
Um montão de gráficos
Um montão de gráficos
http://i.imgur.com/MBpVFhe.png
Trabalho : Descubra informações interessanres através do diagrama 
Sankey
https://www.iea.org/Sankey/index.html
https://www.iea.org/Sankey/index.html
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54
	Slide 55
	Slide 56
	Slide 57
	Slide 58
	Slide 59
	Slide 60
	Slide 61
	Slide 62
	Slide 63
	Slide 64
	Slide 65
	Slide 66
	Slide 67
	Slide 68
	Slide 69
	Slide 70
	Slide 71
	Slide 72
	Slide 73
	Slide 74