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1 FONTES CONVENCIONAIS DE ENERGIA Considerações sobre o Consumo de Energia Fontes convencionais são tecnologias de conversão de uma forma de energia em outra que estão desenvolvidas e cujos custos são considerados economicamente aceitáveis. Uma fonte será renovável se ela puder ser reabastecida, ou se desenvolver ou existir dentro de um intevalo de tempo significativo para as pessoas (comida, madeira, água, radiação solar). Uma fonte será dita não renovável se sua formação for tão lenta ou sua existência tão curta a ponto de se tornar esgotável num intervalo de tempo. Taxa de energia consumida pela sociedade tem aumentado progressivamente. Numa sociedade industrializada quatro setores utilizam a maior parte da energia: indústria, transporte, comércio-doméstico, e alimentação. 2 O consumo de energia pela população e as fontes produtoras dessa energia estão fortemente relacionada à renda familiar. A tabela abaixo mostra o consumo de eletricidade dos 20 maiores consumidores Essa Nº País Consumo de eletricidade (Quilowatt-hora/Ano) Ano Fonte População desde Energia média per capita (Watts) — Mundo 16,830,000,000 2005 CIA Est. 1 6,464,750,000 2005 297 1 Estados Unidos 3,816,000,000 2005 CIA 1 298,213,000 2005 1,460 2 China 2,859,000,000 2006 CIA 1,315,844,000 2005 248 — União Europeia 2 2,820,000,000 2004 CIA Est. 459,387,000 2005 700 3 Rússia 985,200,000 2007 CIA Est. 143,202,000 2005 785 4 Japão 974,200,000 2005 CIA 128,085,000 2005 868 5 Alemanha 545,500,000 2005 CIA 82,689,000 2005 753 6 Canadá 540,200,000 2005 CIA 32,268,000 2005 1,910 7 Índia 488,500,000 2005 CIA 1,103,371,000 2005 50.5 8 França 451,500,000 2005 CIA 60,496,000 2005 851 9 Coreia do Sul 368,600,000 2007 CIA 47,817,000 2005 879 10 Brasil 368,500,000 2005 CIA 186,405,000 2005 226 11 Reino Unido 348,700,000 2005 CIA 59,668,000 2005 667 12 Itália 307,100,000 2005 CIA 58,093,000 2005 603 13 Espanha 243,000,000 2005 CIA 43,064,000 2005 644 14 África do Sul 241,400,000 2007 CIA 47,432,000 2005 581 15 Taiwan 221,000,000 2006 CIA 22,894,384 2005 1,101 16 Austrália 219,800,000 2005 CIA 20,155,000 2005 1,244 17 México 183,300,000 2005 CIA 107,029,000 2005 195 18 Ucrânia 181,900,000 2006 CIA 46,481,000 2005 446 19 Arábia Saudita 146,900,000 2005 CIA 24,573,000 2005 682 20 Irã 136,200,000 2005 CIA 69,515,000 2005 224 3 Fonte Primária de Energia da Terra: O Sol Responsável por mais de 99% de seu balanço energético. Como as demais estrelas é extreamente quente, na superfície 6000 K – na região central 2 x 107 K – plasma – não ocorrendo combustão, mas somente reações nucleares. As reações mais imporantes são: Fusão nuclear – energia total liberada nessa série é 26 MeV. Cerca de 30 % a 35 % da energia solar incidente é diretamente refletida e espalhada na forma de radiação ultravioleta. Aproximadamente 47 % é absorvida pela atmosfera, pela superfície terrestre e pelos oceanos, sendo outros 23 % consumidos na evaporação, convecção, precipitação e circulação superficial da água, formando o ciclo hídrico. Cerca de 0,02 % pela clorofila das plantas e de alguns microorganismos. Energia Hidráulica Roda d’água horizontal - 0,3 kW – século 1. Roda d’água vertical - 2 kW – século 4 – moer cereais Século 16 - industrialização da Europa Século 17 – 56 kW. Energia hidráulica em energia mecânica – hidroelétricas (Niagra Falls – 1880) Primeira hidroelétrica no Brasil – Diamantina – Ribeirão do Inferno – 0,5 MW. Eficiência de conversão - = PProd/PDisp = Psaída/Pentrada 4 - Conversão hidromecânica A geração de energia por hidroelétrica utiliza a energia potencial, U = mgh, de uma queda d’água que é convertida em energia cinética, k = ½ mv2, que é convertia em energia rotacional da roda. Devido a dissipações a energia rotacional não é igual a energia potencial. As turbinas são rodas modificadas para aumentar a eficiência, chegando nos dias atuais à 95 %. - Conversão hidroelétrica Conversão de energia hidráulica em elétrica – 2 etapas - energia hidráulica em mecânica – rotacionar a turbina - energia mecânica em energia elétrica (baseada no fenômeno da indução – Faraday 1831) O potencial hidrelétrico brasileiro é estimado em cerca de 260 GW, dos quais 40,5% estão localizados na Bacia Hidrográfica do Amazonas – para efeito de comparação, a Bacia do Paraná responde por 23%, a do Tocantins, por 10,6% e a do São Francisco, por 10%. Contudo, apenas 63% do potencial foi inventariado. A Região Norte, em especial, tem um grande potencial ainda por explorar. Até 1980 as hidroelétricas respondiam por 90 % de toda energia elétrica gerada no Brasil, atualmente cerca de 71 %. Energia de Combustíveis Combustão é a reação de átomos do material + átomos de oxigênio no ar queima do material (reação exotérmica – luz e calor) 5 Combustíveis – vegetais ou fósseis - Combustívies vegetais Até o século 19 – madeira principal fonte de combustão. No Brasil entre 1969 e 1979 – energia gerada por madeira, carvão vegetal e bagaço de cana passou de 40,3 % para 24,7 % . Hoje biomassa responde por 27 % da energia gerada no país. - Combustíveis fósseis Formados a centenas de milhões de anos. Início do século 20 – hoje mais da metade das fontes primárias. No Brasil – 47% da energia total USA – 75% da energia consumida. Estimativa de energia de diferente combustíveis 1 tonelada de carvão mineral 30,5 x 109 J 1 barril (159 l) de óleo cru 6,2 x 109 J 1 pé cúbico (28,3 l) de gás natural 1,1 x 106 J Carvão mineral Usado pelos chineses antes de 1271 – viagem de Marco Polo ao Oriente Inglaterra – 1234 – desempenhou papel essencial na revolução industrial (processos metalúrgicos, fabricação de vidros, construção de ferrovias, máquinas a vapor etc). O carvão 27% na matriz energética mundial, perdendo apenas para o petróleo 33%. No Brasil, o carvão mineral participa com um pouco mais de 5% na matriz energética. Em terra seca – plantas mortas – carbono, oxigênio e hidrogênio – formam CO2 + H2O. Em pântanos – não há acão oxidante – bactérias liberação de hidrogênio e oxigênio aumento da concentração de CO2 produto final turfa (rica em carbono) Turfa é coberta aumento da pressão gases liberados aumenta a concentração de carbono linhita ou carvão marrom. Aumento da pressão linhita carvão betuminoso ou carvão mole aumento da temperatura e pressão carvão duro. 6 União Soviética – 60 % das reservas mundiais Brasil – Rio Grande do Sul 51 %, Santa Catarina 47,4 %, Paraná 1,6 %. Pode ser gaseificado metano (CH4) canalizado e distribuído. Petróleo Formação mais complexa do que o carvão. Materiais orgânicos (biogênica) mesmo processo do carvão aumento da pressão e temperatura hidrocarbonetos em óleo líquido, sólido e gás natural aumento da pressão (folhelhos) deslocamento do óleo líquido e gás para vizinhanças porosas (arenitos e carbonatos). Moderna teoria Russo-Ucraniana (abiogênica) estudos apontaram que o petróleo provém e é originado a altas pressões e temperaturas no manto da Terra, sem a participação de carbono de origem orgânica. Produtos derivados do petróleo – Mesopotâmia asfalto usado comocombustível 6000 a.C., gás natural 3000 a.C. em templos. Exploração do petróleo – 1300 Baku (União Soviética) – 1640 Modena (Itália) Exploração do petróleo no Brasil 1892 - primeira sondagem profunda 488 m (Bofete – SP) água sulfurosa 1925 – Bom Jardim – AM vestígio de óleo e gás natural primeira iluminação a gás natural 1939 – Lobato – BA primeiro poço 1941 – Candeias – BA primeiro poço comercial 7 1946 – Monteiro Lobato “O petróleo é nosso”. 1953 – criação da Petrobras 1968 – Primeira descoberta no mar – campo de Guaricema - SE 1974 – descoberta a bacia de Campos – campo de Garoupa 1997 – Fim do monopólio do petróleo 2005 – Primeiros indícios de petróleo no pré-sal 2008 - primeiro óleo da camada pré-sal, no Campo de Jubarte, na Bacia de Campos (RJ) 8 Valores de produção em 2010, em milhões de barris por dia: 1 Arábia Saudita (OPEP) 10,521 9 Brasil 2,519 2 Rússia 10,146 10 Nigéria (OPEP) 2,458 3 Estados Unidos 9,688 11 Kuwait (OPEP) 2,450 4 República Popular da China 4,273 12 Iraque (OPEP) 2,408 5 Irã (OPEP) 4,252 13 Venezuela (OPEP) 2,375 6 Canadá 3,483 14 Noruega 2,134 7 México 2,983 15 Angola (OPEP) 1,988 8 Emirados Árabes Unidos (OPEP) 2,813 Fonte: Departamento de Estatística dos E.U.A. Gás natural O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves na qual o metano (CH4) é 70 % da mistura (etano, propano, H2S, CO2). Contém menos poluentes, mas é mais difícil de armazenar e de transportar que os combustíveis sólidos ou líquidos. Por isso, ele é liquefeito (esfriando a 147 K -126 oC) para ser transportado (redução de volume de 1/600). Unidades de energia liberada Btu = British thermal energy = calor necessário para elevar 1 libra de água de 63 oF a 64 oF = 1055 J kWh = 1000 watts produzidos ou consumidos em 1h = 3,6 x 106 J cal = caloria = calor necessário para elevar 1 cm3 de água de 14,5 oC a 15,5 oC = 4,186 J Petróleo mais importante – Unidade equivalente ao petróleo – 103 m3 de gás natural equivalem a 0,912 ton de equivalente de petróleo (tEP) – 1 ton de lenha 0,301 tEP 9 Exercício 1 Aproveitando o desnível de 80 m de um rio, está sendo projetada a construção de uma usina hidroelétrica. Qual a vazão de água necessária para produzir um potência de 200 MW? Considere as eficiências das turbinas hidráulicas t e do gerador elétrico g iguais a 95 % e 90 %, respectivamente. Se não houver dissipação por atrito entre a água e as tubulações com que velocidade média a água atinge as turbinas? Exercício 2 Considere o aquecimento de ambiente, mostre que é mais econômico usar o gás natural como fonte de energia direta do que usá-lo para produzir energia elétrica para o mesmo fim.
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