FETC_Aula1

Prévia do material em texto

Fontes de Energia e Tecnologia de Conversão
Prof. Augusto Brasil
Energia
Quem gasta mais energia?
H
Quem gasta mais energia?
H
h
Qual sistema tem mais energia?
h1
21 pp 
1
2
h2
Qual sistema tem mais energia?
hh
21 hh 
1
2
Qual sistema tem mais energia?
x1
2
21
21
kk
mm


1
x2
Qual sistema tem mais energia?
21 mm 
v1 v2
Qual sistema tem mais energia?
21 vv 
v1 v2
Qual energia você reconhece nos exemplos?
Energia potencial
mghE 
Gravitacional
p
h
2
2
1
kxE 
Elástica
p
x
Qual energia você reconhece nos exemplos?
Energia cinética
2
2
1
mvE 
m v
Qual sistema tem mais energia?
Qual sistema tem mais energia?
21 mm 
Qual energia você reconhece nos exemplos?
)(222 2
1 lOHOH 
Energia de combustão e Entalpia de formação
molkJHf /8,285
0 
22 COOC 
molkJHf /5,393
0 
)(2)(2)(2)(4 2 lggg OHCOOCH  molkJHf /890
0 
@ 298,15K (25C)
- 393,5 + 2(-285,8) - (-74,9) - 2(0) = 890 kJ/mol
24)(22 2 OCHOHCO l 
Poder calorífico
molkJh
nnhPCSPCI
v
combOHv
/65,40
)/(
2


• Poder Calorífico Superior (PCS)
Energia obtida da reação na forma de calor + Energia de vaporização da água
• Poder Calorífico Inferior (PCI)
Energia obtida da reação na forma de calor 
Poder calorífico
)(2)(2)(2)(4 2 lggg OHCOOCH 
PCS= 890 kJ/mol
PCI = 890 (kJ/molCH4) – 40,65 (kJ/molH2O)*(2molH2O)/1molCH4)
PCI = 808 kJ/mol
PCI = 808 (kJ/mol) / 16 (g/mol) = 50 kJ/g ou 50MJ/kg
METANO
Poder calorífico
Qual sistema tem mais energia?
21 mm 
Qual energia você reconhece no exemplo?
 
2
1
2
1
2
1
V
V
x
x
x
x
pdVpAdxFdxW
TRABALHO
x1x2
Temperatura constante
W
Trabalho, Energia e Termodinâmica
2
22
1
11
T
VP
T
VP
nR
nR
T
PV


Lei dos gases ideais
V2V1
Pressão constante
W
Trabalho, Energia e Termodinâmica
ieWQEE  12
E2E1
W
E
CALOR
[ Variação de Energia ] = [ Energia transferida por calor ]in -
- [Energia transferida por trabalho]out
+ [Energias transformadas]
Trabalho, Energia e Termodinâmica
Energia interna (U) é a soma das energias cinética
e potencial molecular
• Energia cinética Calor sensível
• Energia de ligação molecular Calor latente
• Energia de ligação de átomos Energia química
WQU 
Trabalho, Energia e Termodinâmica
pvuh
PVUH


v
p
p
p
v
v
c
c
k
T
h
c
T
u
c













Calor específico é a energia necessária para
aumentar a temperatura em 1°C de uma
unidade de massa de uma substância.
• Calor específica a pressão constante (cp)
• Calor específico a volume constante (cv)
Entalpia (H) é soma da energia interna mais
PV. E tais grandezas podem ser
representadas por unidade de massa.
Trabalho, Energia e Termodinâmica
Tch
Tcu
dTcdh
dTcdu
p
v
p
v




Como:
Então:
TcmH
TcmU
p
v


Trabalho, Energia e Termodinâmica
Portanto, para sistemas com transferência de energia,
sem produção de trabalho:
WQU 
TcmQ
TcmU
v
v


Trabalho, Energia e Termodinâmica
Trabalho, Energia e Termodinâmica
Balanço e conservação de energia
x1; t1
x2; t2
  dsVVm
x
x
.F
2
1 2
1
2
1
2
2 
Balanço e conservação de energia
  mghzzmgdsVVm
x
x
  )(.F2
1
12
2
1
2
2
2
1
Balanço e conservação de energia
Sistema
Entra Sai
Acumula ou consome
[ Variação de Energia ] = [ Energia ]entra - [ Energia ]sai - [Energias transformadas]
Eficiência
Sistema
Total Não convertida
Útil
total
útil
E
E

Energia e Potência
t
E
P 
[ Watt ]
[ Joule ]
[ s]
Exercício:
Uma usina termoelétrica a Diesel gera 1 MW e consome 207 litros/h de
combustível. Calcule a eficiência da usina. Se o combustível for mudado para
Gás Natural, com a mesma eficiência, qual o consumo de combustível?
Diesel
deEletricida
E
E

Propriedades do Diesel:
Massa específica = 0,85 kg/l
PCI = 45,34 MJ/kg
Propriedades do GN:
Massa específica = 0,78 kg/m3
PCI = 37,9 MJ/m3(n)
h
kg
s
kg
m
kg
MJ
m
s
MJ
MW
MW
MW
MW
MW
s
kg
MJ
l
kg
l
h
l
1700475,078,0
9,37
1307,2
307,2
433,0
1
%3,43433,0
307,2
1
307,2
3600
34,4585,0207
207
3
3






Exercício:
Solução
Exercício:
A combustão de Diesel em indústrias se dá através da reação 
química:
A energia contida no Diesel é de 42MJ/kg. Se uma indústria
tem 35% de eficiência no aproveitamento dessa energia.
Para gerar 1MW, qual o consumo de combustível (sabendo
que a massa específica é de 0,85 kg/l) e qual a massa de CO2
emitida?
𝐶10𝐻20 + 15𝑂2 → 10𝐶𝑂2 + 10𝐻2𝑂 
65,769
89,244
440140
440)16212(10
140)2011210(
89,244068,0
42
857,2
28808,0
85,0
1
42
857,2
857,2
35,0
1
%3535,0
2
2
2
2010






















x
h
kg
x
h
kg
kgkg
kgCO
kgHC
h
kg
s
kg
MJ
kg
s
MJ
h
l
s
l
kg
l
MJ
kg
s
MJ
MW
MW
CODIESEL
CODIESEL

Exercício:
Solução
FONTES E RECURSOS 
ENERGÉTICOS
• Petróleo
• Gás Natural
• Carvão
• Geotérmica
• Nuclear
FONTES DE ENERGIAS NÃO-
RENOVÁVEIS
• Hidrelétricas
• Solar
• Maré
• Eólica
• Hidrogênio
• Biomassa
FONTES DE ENERGIAS RENOVÁVEIS
Fonte: Ministério das Minas e Energia
Matriz Energética
Gráfico 8 - Oferta Interna de Energia: Estrutura de 
Participação das Fontes
 (Brasil - 2005)
Urânio
1,2%
Petróleo e 
Derivados
38,7%
Carvão Mineral
6,3%
Hidráulica e 
Eletricidade
14,8%
Biomassa
29,7%
Gás Natural
9,4%
Fonte: BEN (MME)
Oferta de Energia Interna
Fonte: BEN (MME)
Dependência Energética
Fonte: BEN (MME)
Matriz de Eletricidade
Matriz Energética - Setor de Transportes
Combustíveis
90Mm3/Year
Fonte: BEN (MME)
Combustíveis
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
MJ
/p
as
sa
ge
iro
-km
Carro (gasolina)
Carro (diesel)
Trem suburbano
Ônibus
Bonde
Metrô
Bicicleta
A pé
Energia necessária para 
transporte
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
g/
pa
ss
ag
ei
ro
-k
m
Ônibus Carro
SO2
HC
NOX
CO
Poluição gerada no transporte
Eficiência do motor OTTO
Motor de combustão interna
Fator de emissão - Gasool
0 50 100 150 200
Consumo diário per capta (mil kcal)
E
n
e
rg
ia
 T
o
ta
l 
c
o
n
s
u
m
id
a
 p
e
r 
c
a
p
ta
 (
m
il 
k
c
a
l/
d
ia
)
230
Homem 
Tecnológico
77
Homem 
Industrial
20
Homem 
Agrícola
Homem 
Agrícola 
primitivo
12
6 Homem 
Caçador
Homem 
Primitivo
2
Alimentação Moradia e 
Comércio
Indústria e 
Agricultura
Transporte
Consumo energético e 
desenvolvimento
Consumo energético e 
desenvolvimento
Consumo energético e 
desenvolvimento
Termelétricas
Termelétricas a Biomassa
Índice de Desenvolvimento 
Humano
Percentual de habitantes vivendo
abaixo da linha de pobreza
IDH em função do
consumo per capta
Pobreza em função do
uso de biomassa
CICLO DO CARBONO
Carbono na atmosfera
Carbono na atmosfera
Espectro Eletromagnético
10
-3
2 4 6 10
-2
2 4 6 10
-1
2 4 6 100 2 4 6 101 2 4 6 10
2 2 d p (mm)
Raio X U-V Vis. Infravermelho
ENERGIA SOLAR
Espectro Solar
ENERGIA SOLAR
Absorção dos gases na atmosfera
ENERGIA SOLAR
Exercício
1. Supondo que seu carro gaste 1 litro de gasolina (C8H15) para 12 km 
percorridos, determine quantos hectares de cana por ano você 
deverá plantar para neutralizar seu percurso Plano Piloto – Gama 
(40 quilômetros por dia) em um ano.