Introducao Conversao Energia 2015

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Engenharia Elétrica
ENG 3511
Conversão de Energia
2015
https://sites.google.com/site/cx3medeiros
Introdução à Conversão de Energia
Energia, tipos, conversão e fontes.
Eficiência energética.
Algumas unidades de energia.
Noções de conversão eletromecânica. 
Energia, meio ambiente e desenvolvimento humano.
Tópicos principais
Vídeo: 01)Energia.mp4
O que é energia?
Clique
Noção intuitiva:
Duas características fundamentais:
	Se manifesta de muitas formas, quais?
	É convertível de uma forma para outra.
Movimento, esforço físico, calor, etc.,
 (até nosso estado de ânimo).
O que é energia?
A
B
Definição formal da física:
Etimologia:
gr. enérgeia,as 'força em ação', através do lat. energía,ae 'id.' e prov. difundido pelo fr. énergie 'id.'
“capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de realizar trabalho”
O que é energia?
Conversão e fontes
O Sol é nossa principal fonte de energia:
diretamente pela luz e calor;
 indiretamente pois propicia a fotossíntese, a chuva, os ventos;
 até os combustíveis fósseis são energia solar transformada em energia química.
Portanto:
o movimento da água de um rio
(energia hidráulica);
o vento (energia eólica);
o calor da brasa de uma madeira
(energia de biomassa);
a luz do Sol
(energia radiante).
SÃO EXEMPLOS DE MANIFESTAÇÕES COM ORIGEM
SOLAR
Conversão e fontes
Exemplos de formas ou tipos de energia:
Vídeo: 02)Tipos de Energia.mp4
Arquivo em: http://youtu.be/wX9d9p9eb7c 
Conversão e fontes
Conversão p/ (uso):
Aquecimento
Refrigeração
Transporte
Iluminação
Comunicação
Proc. Dados
Primárias
Renováveis
Não renováveis
Convertidas em outras formas
Elétrica
Química
Térmica
Mecânica
Conversão:
na “geração”, transmissão e no “consumo”
Conversão e fontes
Fontes Gerais
de Energia
e suas
conversões
Leis das Conversões Energéticas:
Quaisquer que sejam os sistemas considerados e as formas de energia, todos os processos de conversão energética são regidos por duas leis físicas fundamentais.
CONVERTER:
transformar ou transformar-se, mudar.
Conversão e fontes
Primeira Lei da Termodinâmica:
a matéria e a energia podem ser transformadas de uma forma em outra, mas não podem ser criadas ou destruídas.
Segunda Lei da Termodinâmica:
em todos os processos reais de conversão energética sempre existe uma parcela de energia térmica como produto:
Fundamental para o engenheiro, pois mostra a impossibilidade do chamado moto perpétuo, ou seja, de realizar trabalho sem “degradar” a energia.
rendimentos são sempre inferiores a 100%, parte da energia transforma-se em uma forma mais dispersa e menos útil, em geral em calor para o ambiente.
Portanto, na conversão:
Conversão e fontes
Diagrama de Sankey:
Q
E
c
c
L
Exercício:
Diagrama de Sankey: um de diagrama de fluxo, em que a largura das setas é proporcional à quantidade de fluxo. Tipicamente usado ​​para visualizar transferências entre processos, de energia, material ou custo. 
Ex.: diagrama de conversão geral de hidrelétrica (sankey)
Eficiência (ou rendimento):
Eficiência energética
Exemplo
Entrada
Uso final: carga mecânica
Transformações Energéticas
100 kW
7,5 kW
87 kW
5,5 kW
(1)
Transfor.
e 
Cabos
(2)
Motor
Diagrama de Sankey
Eficiência do sistema:
87%
Exercício: calcule a eficiência de (1), (2) e total do sistema.
Algumas Unidades de Energia
Por razões históricas há muitas unidades de energia. As unidades são importantes em todo o estudo da ciência, visto que não é suficiente se ter apenas uma ideia qualitativa e intuitiva das coisas e dos fenômenos naturais.
EM CIÊNCIA É PRECISO MEDI-LOS, ISTO É, ASSOCIAR UM NÚMERO E UMA UNIDADE A UM CONCEITO.
JOULE (J)
No Sistema Internacional de Unidades (SI) todo trabalho ou energia são medidos em joules. Ou seja, o SI reconhece o joule como a unidade padrão para a energia.
	Um joule compreende a quantidade de energia necessária para aplicar a força de um newton atuando sobre a distância de um metro. Trata-se de uma unidade apropriada para medir o trabalho mecânico.
CALORIA (cal)
	Para medidas de energia sob a forma de calor. Uma unidade muito usada pelos químicos, a caloria, é definida como a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 g de água pura de 14,5C a 15,5C.
	A conversão de caloria em joule é: 
1 cal = 4,1868 J.
 
	Além da questão numérica, essa equação traduz uma realidade física: a possibilidade conversão de calor e trabalho, isto é, duas formas distintas da mesma grandeza física: energia. Isso mostra porque as unidades usadas para medir uma ou outra forma de energia têm de estar relacionadas.
Unidade Térmica Britânica (BTU)
	BTU ou Btu é uma sigla para British Thermal Unit (Unidade Térmica Britânica). É uma unidade de medida não-métrica (não pertencente ao SI) utilizada principalmente nos Estados Unidos, mas também utilizada no Reino Unido. É uma unidade de energia que é equivalente a: 252,2 cal ou 1055,05585 J.
	A quantidade de 1 Btu é definida como a quantidade de energia necessária para se elevar a temperatura de uma massa de uma libra de água de 59,5F a 60,5F, sob pressão constante de 1 atmosfera.
Libra (massa): em muitos países que usam o SI, ou um sistema métrico, a libra (ou as suas traduções: Pfund, no alemão; Livre, no francês; ou Pond, no holandês) é usada como um termo não-oficial para a metade de um quilograma; e então, nesses casos, a libra é de 500 gramas.
O grau fahrenheit (símbolo: °F) é uma escala de temperatura proposta por Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724. Nesta escala o ponto de fusão da água é de 32 °F e o ponto de ebulição de 212 °F. °F = °C × 1,8 + 32. °C = (°F - 32)/1,8.
OBS.: exemplo de aparelho de ar condicionado: Capacidade Térmica e Potência Elétrica
Grandezas para projetos de instalações elétricas.
Potência aparente (VA), usada para o cálculo da demanda em projetos de instalações elétricas.
Tonelada Equivalente de Petróleo (tep)
	A tonelada equivalente de petróleo (tep) é uma unidade de energia definida como o calor liberado na combustão de uma tonelada de petróleo cru: 1 tep é aproximadamente 42 gigajoules. 
Essa escolha se dá pelo fato de ser ainda o petróleo o energético mais importante na composição das matrizes energéticas da atualidade, fato consequente e derivado de toda uma dinâmica econômico-política subjacente à cultura mundial do petróleo na atualidade.
	O tep costuma ser usado para expressar grandes quantidades de energia: é mais intuitivo aquilatar a energia liberada em mil toneladas de petróleo do que a ordem de grandeza de 42 bilhões de joules (41,9x109 J), cuja significação é um tanto abstrata.
 É ainda importante considerar que o tep é a unidade primordial para apresentação dos balanços energéticos nacionais, como o Balanço Energético Nacional Brasileiro – BEN, bem como do balanço energético consolidado planetário. 
Balanço Energético Nacional 2014:
https://ben.epe.gov.br/default.aspx
Arquivo PDF:
Síntese do Relatório Final_2014_Web
QUILOWATT HORA (kWh)
Pode ser dito que um joule é o trabalho produzido com a potência elétrica de um watt durante um segundo, ou seja:
um joule é igual a um wattsegundo: 1 J = Ws;
 
um watthora: 1 Wh = 3600 J;
 
um quilowatthora: 1 kWh = 3.600.000 joules ou 3,6 MJ.
Exemplo: considere uma bateria sendo carregada como mostrado. Sendo a corrente i = 15 A e a tensão aplicada em seus terminais v = 12,5 V,
pergunta-se:
	(a) qual é a potência elétrica entregue à bateria.
	(b) qual é a energia, em joules, cedida à bateria em duas horas de carregamento.
	(c) expresse essa energia em Wh.
	(d) expresse essa energia em kWh.
Noções de Conversão Eletromecânica de Energia
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Dispositivos conversores eletromecânicos de energia
 Convertem energia elétrica e mecânica e vice-versa.
 Exemplos...
Energia elétrica
Energia Mecânica
Como?
Por meio de um elo entre a energia elétrica e mecânica.
Esse elo é a
energia do campo elétrico ou magnético
Energia elétrica
Energia Mecânica
Energia do campo
Ação motora
Ação geradora
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de forma mais geral um TRANSDUTOR ELETROMECÂNICO pode ser resumido em três partes:
 elétrica;
 eletromecânica;
 mecânica.
Portanto,
Exemplo: equações gerais de um conversor eletromecânico
Onde:
B = indução magnética
l = comprimento do condutor
u = velocidade de translação
r = raio de rotação
w = velocidade angular.
Exemplo:
Motor, mostrando também as perdas.
Elétrico
Magnético
Mecânico
Rede
elétrica
Perdas mecânicas
Perdas elétricas “Ri2”
e perdas magnéticas
Energia elétrica
Energia Mecânica
Energia do campo
Na exploração.
Durante a conversão (produção).
Energia, meio ambiente e
desenvolvimento humano
Na destinação final de resíduos.
Não existe energia “puramente limpa”. Em maior ou menor grau todas as fontes de energia provocam danos ao meio ambiente:
As transformações energéticas (produção e o consumo) são as atividades humanas que trazem mais impactos ao meio ambiente em escala global.
O problema de maior importância causado pelo uso de energia é o efeito estufa…
42
Crescimento exponencial da POPULAÇÃO 
Curva “J”
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Maior demanda por recursos naturais.
Maior consumo por habitante.
População
Recursos
Naturais
Poluição
?
Mais gente mais lixo
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25 toneladas de lixo:
do nascimento à� morte, essa é a quantidade estimada de detritos que cada brasileiro vai produzir.
http://veja.abril.com.br/170399/p_060.html, acessado em 18/02/2015.
50
http://www.lixo.com.br/content/view/201/146/, acessado em 18/02/2015.
Poluição
Ar
Água
Solo
52
53
Na Serra de Carajás, no Pará, em meio a 400 mil hectares de mata virgem, a mineradora Vale explora, desde 1985, as ricas jazidas de minério de ferro da região.
http://www.bbc.co.uk/portuguese/videos_e_fotos/2012/06/120620_carajas_valeeste_ebc.shtml, acessado em 18/02/2015.
No ano passado (2011), foram extraídos quase 110 milhões de toneladas, quase tudo para atender ao crescimento da China e outros países asiáticos...
http://www.bbc.co.uk/portuguese/videos_e_fotos/2012/06/120620_carajas_valeeste_ebc.shtml, acessado em 18/02/2015.
https://transamazonia.wordpress.com/2012/12/11/vale-massacra-a-cultura-em-carajas/, acessado em 18/02/2014.
Na Serra de Carajás, no Pará, em meio a 400 mil hectares de mata virgem, a mineradora Vale explora, desde 1985, as ricas jazidas de minério de ferro da região.
No ano passado (2011), foram extraídos quase 110 milhões de toneladas, quase tudo para atender ao crescimento da China e outros países asiáticos...
Ao mesmo tempo, nos últimos anos, milhares de cavernas foram descobertas na região, segundo pesquisadores, exemplares raros e pouco conhecidos pela ciência.
Em uma delas, foram encontrados vestígios de ocupações nômades de mais de 9 mil anos, uma descoberta que ajudou os arqueólogos a montarem o quebra-cabeça da pré-história da região.
O problema é que essas cavernas se encontram em áreas riquíssimas em ferro, e dentro dos planos de expansão da empresa.
"As cavernas bloqueiam o avanço da mineração, tanto que até a legislação já foi mudada. Antes, qualquer caverna era protegida, agora, é preciso estabelecer a relevância, de acordo com mais de 20 critérios", afirmou à BBC Brasil o chefe da Floresta Nacional de Carajás, Frederico Drumond Martins, do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio).
Repletas de espécies pouco estudadas e milhares de morcegos, de diversas espécies, as cavernas de minério de ferro são também um enorme atrativo para pesquisadores.
"Em congressos no exterior, nossos colegas ficam perplexos. Existe pouca literatura acadêmica sobre este tipo de formação", afirmou a espeleóloga Maria de Jesus Almeida, da Fundação Casa da Cultura de Marabá.
http://www.bbc.co.uk/portuguese/videos_e_fotos/2012/06/120620_carajas_valeeste_ebc.shtml, acessado em 18/02/2015.
Vista aérea de extração de bauxita no meio da Amazônia.
Extração de recursos naturais e poluição
http://ciencia.hsw.uol.com.br/aluminio2.htm, acessado em 18/02/2015.
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Por outro lado, de forma muito positiva, o Brasil é o "campeão" mundial na reciclagem de latinhas de alumínio!
http://www.guiadacarreira.com.br/artigos/atualidades/aluminio-verde-brasileiro/, acessado em 18/02/2015.
Energia & Reciclagem
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4 Rs
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Benefícios dos 4Rs?
Conservação dos recursos naturais:
					matéria prima
					energia
Portanto: preserva o meio ambiente existente e ainda gera menos poluição.
Aumenta a vida útil de aterros sanitários.
A reutilização artesanal gera emprego, renda e inclusão social.
Idem para a reciclagem industrial.
Aproveitamento do biogás para gerar energia e ainda evita emissão de metano (“gás estufa”).
O que mais?
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Energia e desenvolvimento humano...
A importância da energia no desenvolvimento é ilustrada a seguir, na qual são mostrados quatro indicadores sociais para diversos países:
	* taxa de analfabetismo
	* mortalidade infantil
	* expectativa de vida
	* taxa de fertilidade total
como uma função do consumo de energia comercial per capita.
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Expectativa de vida (anos)
TOE (ton oil equivalent) = tep (tonelada equivalente de petróleo)
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Mortalidade infantil (mortes por 1000 nascimentos)
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Analfabetismo (% da população adulta)
68
Taxa de fertilidade
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O Brasil, com 1,3 tep por habitante, encontra-se em posição razoável no cenário internacional. No entanto, o consumo de energia tem crescido 4,6% por ano desde 1970 – duplicando a cada 15 anos – acompanhando de perto o crescimento do produto interno bruto. No período de 1970 a 1996 o consumo de energia triplicou.
Energia e 
Desenvolvimento
Humano...
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-40141998000200002#fig1 
Estudos Avançados, vol.12 no.33 São Paulo May/Aug. 1998, DOSSIÊ RECURSOS NATURAIS, Energia e desenvolvimento, José Goldemberg. Link:
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Exercícios!
Ver o arquivo
01)Introducao_ao_Estudo_Conversao_de_Energia_2015.pdf
em:
https://sites.google.com/site/cx3medeiros
Bibliografia
ALMEIDA, M. P., Qualificação de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica, USP, maio de 2012.
BRAGA, B., e outros, Introdução à Engenharia Ambiental – O Desafio do Desenvolvimento Sustentável, Pearson/Prentice Hall, 2a Edição, São Paulo, 2005.
DICIONÁRIO HOUAISS DA LÍNGUA PORTUGUESA, versão de junho de 2009.
FALCONE, A. G., Eletromecânica, Volume 1, 6ª reimpressão, Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 2009. 
MATTOS, N. S., GRANATO, S. F., Lixo – Problema Nosso de cada Dia – Cidadania, reciclagem e uso sustentável, Editora Saraiva, São Paulo, 2006.
NTC-04, Norma Técnica Celg D, Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Secundária de Distribuição,
outubro de 2008.
SILVA, C. G., De Sol a Sol – Energia no Século XXI, Oficina de Textos, São Paulo, 2010.
Vários Autores: Conservação de Energia – Eficiência Energética de Instalações e Equipamentos, Editora da EFEI, 2a Ed., Itajubá-MG, 2001.
* Diversas imagens e vídeos obtidos de sites da internet.
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