1 - Energia e Meio Ambiente - Introdução

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Energia e Meio Ambiente
Unidade I – Introdução
Energia e Meio Ambiente
Unidade I – Introdução
Prof. Alexandro Vladno da RochaProf. Alexandro Vladno da Rocha
Dezembro / 2012Dezembro / 2012
Unidade IUnidade I
IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução
ConteúdoConteúdo
� Uso da Energia pelo Homem;
� Necessidades Atuais de Energia;
� Consumo de Energia;
� Principais Fontes de Energia;
� Fontes de Energia Não-Renováveis
� Fontes de Energia Renováveis.
� Exercícios
USO DA ENERGIA PELO HOMEM
� Utilização de força física ou animal para o desenvolvimento das
atividades humanas (sociedades primitivas).
� Descoberta do fogo.
� Uso de madeira e demais combustíveis para aquecimento,
iluminação e aprimoramento de ferramentas.
� Idade Média - uso de energia disponível em cursos d’água e ventos,
insuficientes para suprir demandas crescentes.
� Revolução industrial - uso de quantidades crescentes de carvão,
petróleo e gás.
USO DA ENERGIA PELO HOMEM
� Ano 2003 – população 6,27 bilhões de habitantes.
� Consumo médio de energia – 1,69 TEP per capita (TEP – Tonelada
equivalente de petróleo).
� 1 TEP = 10 milhões de quilocalorias (kcal).
� Consumo diário médio = 125.000 kcal per capita.
� Uso diário de 2.000 kcal para a manutenção da vida, o restante é
usado em transporte, gastos residenciais e industriais e perdas nos
processos de transformação energética.
NECESSIDADES ATUAIS DE ENERGIA
� Atualmente, para que seja possível manter os nossos
padrões de consumo e produção são necessárias grandes
quantidades de energia.
� Nos países industrializados ocorre o maior consumo de
energia.energia.
� EUA – 4,7% da população consomem 23% da energia;
� Índia – 16% da população consomem 1,5% da energia;
� Os 258 milhões de norte-americanos usam mais energia em
aparelhos de ar-condicionado do que os 1,2 bilhão de chineses
para todos os fins;
� Isto leva a desequilíbrios econômicos, sociais e
ambientais.
CONSUMO DE ENERGIA
� Para satisfazer as necessidades relativas ao consumo de
energia o Homem utiliza diversas fontes.
� A combinação entre as fontes de energia utilizadas para
suprir as nossas necessidades é denominada de Matriz
Energética.Energética.
� A matriz energética mundial é constituída, principalmente,
pelas seguintes fontes:
� Térmica, hidroelétrica, geotérmica e nuclear.
� Além dos tipos mencionados existem as fontes
alternativas de energia.
PARTICIPAÇÃO DAS PRINCIPAIS FONTES DE 
ENERGIA NA MATRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL
Fonte:. MME, 2003 – Balanço Energético Nacional
PARTICIPAÇÃO DAS PRINCIPAIS FONTES DE 
ENERGIA NA MATRIZ ENERGÉTICA DO BRASIL
Fonte:. MME, 2003 – Balanço Energético Nacional
DISTRIBUIÇÃO MUNDIAL DO CONSUMO 
DE ENERGIA POR SETOR 
37,5%
18,7%
7,6%
6,5%
26,5%
3,2%
Industrial Transporte
Agricultura Serviços Públicos e Comercial
Residencial Outros
Fonte: World Resources Institute, 1998
DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE 
ENERGIA NO BRASIL
37,4%
8,8%
5,0% 5,0%
31,3%
12,5%
Industrial Transportes Residencial Energético Comercial e Público Outros
Fonte:. MME, 2003 – Balanço Energético Nacional
PRINCIPAIS FONTES DE ENERGIA
� As principais fontes de energia disponíveis são classificadas 
em:
� NÃO-RENOVÁVEIS:
� Combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão)
Nuclear� Nuclear
� Geotérmica
� RENOVÁVEIS:
� Solar
� Hidráulica
� Eólica
� Biomassa
CONSIDERAÇÕES SOBRE AS FONTES DE 
ENERGIA
� O aproveitamento das fontes de energia resulta em
impactos sobre o meio ambiente.
� O conceito de energia limpa é relativo, a menos que se
considere apenas o processo de conversão de uma forma
de energia em outra.
� COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS (PETRÓLEO, GÁS NATURAL E 
CARVÃO)
� Todos os materiais que foram capazes de armazenar
energia solar na forma de energia química.
� Todas as plantas são capazes de converter energia solar
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� Todas as plantas são capazes de converter energia solar
em química.
� Os combustíveis fósseis surgiram a partir da
decomposição biológica incompleta de matéria orgânica
morta (vegetal e animal).
� São considerados nossa fonte primária de energia, em
função de sua participação na matriz energética.
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
Distribuição das Reservas de Petróleo no Mundo (1997) 
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
Distribuição das Reservas de Carvão no Mundo (1997) 
� IMPACTOS AMBIENTAIS ASSOCIADOS AOS 
COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS
� Alteração nas características do solo em função da
abertura de minas.
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� Construção de plataformas para poços de petróleo e gás,
tubulações, depósitos e tanques de armazenagem.
� Infra-estrutura para transporte e beneficiamento.
� Poluição de águas superficiais.
� Poluição atmosférica.
� Reservas finitas.
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� ENERGIA NUCLEAR: é a energia obtida do núcleo dos
átomos de determinados elementos químicos
� O aproveitamento pode ser feito por dois processos
distintos:
� Fissão� Divisão do núcleo de átomos pesados
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� Fissão� Divisão do núcleo de átomos pesados
� Fusão� União de dois átomos leves
� Como conseqüência destes dois processos ocorre a
liberação de energia.
Urânio
Fragmentos 
de Fissão
Nêutron
Energia
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
Representação do Processo de Fissão 
Nuclear 
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
Comparação entre os Sistemas Convencional e Nuclear para Geração de 
Energia Elétrica
� ENERGIA NUCLEAR – IMPACTOS AMBIENTAIS
� Com relação aos impactos ambientais associados à geração
de energia pelo urânio, deve-se considerar as etapas
relativas:
� à extração e beneficiamento do minério de urânio;
� fabricação dos elementos combustíveis; e
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� fabricação dos elementos combustíveis; e
� queima destes nos reatores nucleares.
� Uma grande preocupação associada à energia nuclear esta
relacionada aos rejeitos radioativos.
� Podem resultar em significativo impacto sobre a saúde da
população e sobre o meio ambiente, devido a ação da
radiação ionizante.
� ENERGIA GEOTÉRMICA
� Geo significa terra e térmica está ligada à quantidade de
calor.
� Conversão do calor natural em energia para aquecimento ou
geração de eletricidade.
� Um exemplo do aproveitamento da energia geotérmica data
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� Um exemplo do aproveitamento da energia geotérmica data
de 1904, na Itália (produção de energia elétrica).
� É uma fonte não renovável de energia - fluxo de calor do
centro da Terra é muito pequeno comparado com a taxa de
extração requerida caso a taxa de utilização seja maior que a
de geração de calor (pode gerar esgotamento do campo).
� O processo de geração de calor no interior do planeta é
completamente compreendido, está associado ao movimento
de placas tectônicas e decaimento radioativo de isótopos
naturais.
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� ENERGIA GEOTÉRMICA
� O aproveitamento da energia geotérmica pode ser feito de
duas formas:
� Utilização do calor para geração de energia elétrica a partir do vapor
d’água;
� Utilização de água subterrânea para aquecimento.
FONTES DE ENERGIA NÃO-RENOVÁVEIS
� Utilização de água subterrânea para aquecimento.
� Os impactos ambientais podem ser menores que aqueles
causados por outras fontes, mas não são desprezíveis:
� Poluição sonora, emissão de gases, alteração do solo, água e poluição
térmica;
� O seu aproveitamento é restrito ao campo geotérmico devido a perdas
pelo do transporte (impacto local).
� SÃO TODAS AQUELAS DIRETA OU INDIRETAMENTE 
DERIVADAS DA ENERGIA SOLAR:
� Energia hidráulica, que só é continuamenteobtida devido ao
ciclo hidrológico, que depende da energia do Sol.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
ciclo hidrológico, que depende da energia do Sol.
� Energia dos ventos, relacionada à movimentação de massas de
ar.
� Energia acumulada nas plantas pelo processo de fotossíntese,
das quais se pode obter combustíveis.
Energia 
Solar
∆∆∆∆T
Oceanos
Biomassa e Resíduos 
Urbanos 
(Biomassa Reciclada)
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Células 
SolaresVapor Caldeira
Energia 
HidráulicaVento
Geradores 
Mecânicos
Turbo 
Geradores
Coletores 
(Passivos e ativos)
Eletricidade Aquecimento Biocombustíveis
Instalações
Agricultura
Industrias
Usuários
Residências
Comércio
Agricultura
Industrias
Governo
Usuários
Automóveis
Comércio
Agricultura
Industrias
Governo
Usuários
Processamento
Uso da Energia Proveniente do Sol
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Aproveitamento da Energia Solar Direta
� ENERGIA SOLAR DIRETA
� Sistemas ativos � necessitam de dispositivos mecânicos,
para fazer com que o ar, a água, ou outro fluido, circule
através de coletores solares.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Coletores solares (aquecedores):
� são painéis planos constituídos por uma cobertura de vidro sobre uma
caixa com as paredes internas pintadas de preto, dentro da qual a
água circula no interior de tubos metálicos.
� Os raios solares de pequeno comprimento de onda atravessam a
cobertura de vidro e são absorvidos pelo revestimento interno da caixa.
� A temperatura da água circulando no interior dos tubos pode variar de
38o C a 93o C.
� Painéis solares funcionam da mesma forma que as estufas utilizadas
para o cultivo de determinados tipos de plantas.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Representação Esquemática de um Painel 
Solar
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Luz International Solar Farm
(capacidade de produção para atender 540.000 pessoas – USA)
1 – Coletores solares; 2 – Caldeira a gás; 3 – Sistema turbogerador; 4 – Gerador de Vapor e 
superaquecedor solar; 5 – Sistema de Controle; 6 – Torre de Resfriamento; 7 – Interconexão com a rede 
de distribuição. 
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Representação Esquemática da Usina Luz 
International
(Deserto de Mojave, Sul da Califórnia)
� ENERGIA SOLAR DIRETA
� Células fotovoltaicas são um outro tipo de dispositivo utilizado
para o aproveitamento da energia solar.
� Estas convertem a luz do sol diretamente em energia elétrica,
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Estas convertem a luz do sol diretamente em energia elétrica,
utilizando um material semicondutor sólido.
� São utilizadas células solares feitas de silício, ou outro
material, e componentes eletrônicos, apresentando pouca ou
nenhuma parte móvel.
� A eficiência de conversão de energia solar em energia
elétrica varia de 10% a 25%.
� ENERGIA SOLAR DIRETA
� O aproveitamento ainda não se mostra competitivo em
relação as outras fontes disponíveis.
� É uma alternativa para aproveitamento em pequena escala e
locais remotos.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Com relação aos impactos ambientais, pode-se dizer que o
uso de energia solar direta não é significativo.
� Não ocorre a emissão de poluentes para o meio ambiente.
� Deve-se considerar os impactos ambientais resultantes da
extração dos recursos naturais para a fabricação e montagem
dos sistemas coletores.
� Quando se fala em sistemas de grande capacidade, os
impactos são mais significativos.
� ENERGIA HIDRÁULICA
� O aproveitamento da energia hidráulica em usinas
hidroelétricas é bastante eficiente, chegando a 96 %.
� Isto resulta em um baixo custo de produção.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Isto resulta em um baixo custo de produção.
� Os principais impactos estão relacionados aos reservatórios;
� Grandes áreas alagadas, alteração das características do
fluxo e da qualidade da água.
� Além da usinas hidroelétricas tradicionais pode-se fazer o
aproveitamento da energia das marés.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
CONSUMO ANUAL DE ENERGIA ELÉTRICA NO 
BRASIL
RegiãoRegião Consumo em GW.h (%)Consumo em GW.h (%)TotalTotal IndústriaIndústria ComércioComércio ResidênciasResidências
NorteNorte 12.448 (5,6)12.448 (5,6) 8.068 (64,8)8.068 (64,8) 1.465 (11,8)1.465 (11,8) 2.915 (23,4)2.915 (23,4)12.448 (5,6)12.448 (5,6) 8.068 (64,8)8.068 (64,8) 1.465 (11,8)1.465 (11,8) 2.915 (23,4)2.915 (23,4)
NordesteNordeste 34.965 (15,7)34.965 (15,7) 20.401 (58,3)20.401 (58,3) 4.811 (13,8)4.811 (13,8) 9.753 (27,9)9.753 (27,9)
SudesteSudeste 133.675 (60,0)133.675 (60,0) 72.198 (54,0)72.198 (54,0) 20.816 (15,6)20.816 (15,6) 40.661 (30,4)40.661 (30,4)
SulSul 31.750 (14,2)31.750 (14,2) 15.554 (49,0)15.554 (49,0) 5.293 (16,7)5.293 (16,7) 10.903 (34,3)10.903 (34,3)
CentroCentro--OesteOeste 9.933 (4,5)9.933 (4,5) 2.719 (27,4)2.719 (27,4) 2.390 (24,1)2.390 (24,1) 4.824 (48,6)4.824 (48,6)
BrasilBrasil 222.771 (100)222.771 (100) 118.940 (53,4)118.940 (53,4) 34.775 (15,6)34.775 (15,6) 69.056 (31,0)69.056 (31,0)
Fonte: IBGE, Anuário Estatístico de 1997, 1998
� ENERGIA EÓLICA
� Já vem sendo utilizada a um longo período de tempo,
remontando a época das antigas civilizações chinesas e
persas até os dias atuais.
� Recentemente tem sido utilizada para a geração de energia
elétrica.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
elétrica.
� Os ventos são resultantes do aquecimento diferencial da
superfície da Terra, o que dá origem a massas de ar com
diferentes quantidades de calor e densidades.
� O potencial para a geração de energia a partir do vento é
enorme.
� A sua exploração ainda é problemática devido ao fato das
correntes de vento serem variáveis no tempo, no espaço e na
intensidade.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Regiões com Maior Potencial Eólico do País
� ENERGIA EÓLICA
� O uso de energia eólica não irá solucionar todos os
problemas relacionados à demanda de energia elétrica.
� Com relação aos aspectos ambientais, o uso da energia
eólica também apresenta algumas desvantagens,
destacando-se as seguintes:
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
eólica também apresenta algumas desvantagens,
destacando-se as seguintes:
� Projetos de demonstração indicam que as vibrações das turbinas
podem produzir ruídos objetáveis;
� As turbinas eólicas podem interferir nas transmissões de rádio e
televisão;
� A paisagem local é alterada;
� Ocupação de grandes áreas para a instalação das turbinas;
� Morte de pássaros que colidem com as pás das turbinas.
� BIOMASSA
� Combustível de biomassa é um novo nome dado ao mais
antigo combustível utilizado pelo Homem.
� Matéria orgânica, como plantas e restos de animais que
podem ser queimados diretamente ou convertidos para uma
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
podem ser queimados diretamente ou convertidos para uma
forma mais conveniente e depois queimados para o
aproveitamento da energia.
� Pode-se queimar a madeira diretamente em um fogão a
lenha, ou então, converter a mesma em carvão e depois
queimá-lo.
� Até o final do século XIX a madeira foi a principal fonte de
energia em todo o Mundo.
� BIOMASSA
� Ainda hoje, mais de 1 bilhão de pessoas utilizam a madeira
como principal fonte de energia, seja para aquecimento ou
para a preparação de alimentos.
� O aproveitamento de energia pode ocorrer por várias rotas:
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Queima direta para a produção de eletricidade ou para
aquecimento da água ou do ar;
� Aquecimento da biomassa para a obtenção de combustível
gasoso;
� Destilação ou processamento da biomassa para produzir
combustíveis como o etanol, metanol ou metano.
� Fontes de biomassa combustível incluem os produtos
florestais e agrícolas e o lixo urbano que pode ser incinerado;
� BIOMASSA
� No Brasil uma grande fonte de biomassa para combustível
são asculturas de cana-de-açúcar, que fornecem o etanol
utilizado nos automóveis e o bagaço da cana.
� A produção líquida de energia é baixa, sendo necessária uma
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� A produção líquida de energia é baixa, sendo necessária uma
considerável quantidade de energia para a sua coleta e
transporte.
� CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL
� Atualmente estão sendo desenvolvidas pesquisas visando a
transformação direta da energia química dos combustíveis
em energia elétrica.
� Entre os principais combustíveis que podem ser utilizados
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Entre os principais combustíveis que podem ser utilizados
destacam-se:
� Hidrogênio (mais comum);
� Metanol;
� Etanol;
� Gás natural.
� CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL
� O aproveitamento da energia é feita em um dispositivo adequado.
� Este dispositivo é constituído por eletrodos metálicos, solução de
eletrólito e membranas poliméricas, para manter a separação entre
os reagentes.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
� Oxigênio e hidrogênio ou outro combustível são alimentados à
célula.
� Para que o processo ocorra é necessário uma quantidade inicial de
energia para promover a ionização dos reagentes;
� No processo é gerado um fluxo de elétrons entre os eletrodos, o
qual pode ser utilizado para carregar uma bateria ou acionar um
motor elétrico.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
Representação Esquemática de uma Célula de Combustível
� CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL
� O hidrogênio e oxigênio podem ser obtidos pela eletrólise da água,
utilizando-se energia eólica ou solar.
� A utilização de gás natural ou outro combustível que contenha
hidrogênio, nas células de combustível gera menor poluição do que
a queima em dispositivos convencionais.
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS
a queima em dispositivos convencionais.
� A eficiência das mesmas independe do seu tamanho e do nível de
produção de energia e varia entre 60 a 80%
� Alto custo de produção do gás – inviabilidade econômica
Exercícios: 
� Questões 1, 2, 3, 4 a), 5, 7, 8, 9, 10 e 13 do livro Pág 33.