Eficiencia Energetica - Introducao

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Curso de Engenharia Elétrica
2020.1
Clovis Andrade de Almeida – Eng. Eletricista
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Eficiência Energética e Qualidade de Energia
Primeira parte – Conceitos introdutórios
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Energia
Conceitos introdutórios
➢Definição de energia
✓ Energia é aquilo que permite uma mudança na
configuração de um sistema, em oposição a uma força
que resiste a esta mudança. (Maxwell, M – Theory of
Heat, 1872)
Evolução das fontes de energia
4
Evolução das fontes de energia
Primeiras formas:
✓ esforço muscular
(homem e animais
domesticados);
✓ energias eólica e
hidráulica.
Com a Revolução Industrial:
✓ A partir da segunda metade do século
XVIII: modernas máquinas, inicialmente,
movidas a vapor (lenha e carvão);
✓ Atualmente: três meios principais:
Queima de carvão e 
petróleo
Usinas termoelétricas
Força das 
águas
Usinas hidroelétricas
Fissão e fusão 
nuclear
Usinas nucleares
5
6
Evolução das fontes de energia
Fontes de energia
Capacidade de realizar trabalho
✓ São elementos determinantes na
produção e/ou multiplicação de
trabalho e que são básicos para a
sociedade moderna.
✓ Por seu intermédio, as máquinas
funcionam e as luzes acendem.
Os músculos
O Sol
As águas correntes
O vento
Os combustíveis
Os minerais
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Evolução das fontes de energia
8
Evolução das fontes de energia
9
Evolução das fontes de energia
EngenhariaFonte primária Fonte secundária
O papel da Engenharia
1
0
ProcessoFonte primária Energia elétrica
O papel da Engenharia Elétrica
1
1
O papel da Engenharia Elétrica
1
2
Fontes primárias renováveis
➢Bioenergia
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Fontes primárias renováveis
➢Bioenergia
✓ Biomassa sólida
▪ Produtos e resíduos agrícolas, florestais e resíduos
industriais biodegradáveis
✓ Biomassa líquida
▪ Biocombustíveis líquidos como bioetanol, biodiesel e biogás
✓ Biomassa gasosa
▪ Efluentes agropecuários da indústria e da zona urbana
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Fontes primárias renováveis
➢Bioenergia
✓ Vantagens
▪ Fonte renovável
▪ Gera menos poluentes do que as fontes não renováveis
▪ Baixo custo e alta capacidade de reaproveitamento de
resíduos
▪ Menor risco ambiental
▪ Pouca contribuição para o efeito estufa
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Fontes primárias renováveis
➢Bioenergia
✓ Desvantagens
▪ Desmatamento de áreas extensas
▪ Menor poder calorífico em relação a algumas outras fontes
▪ Maior dificuldade de transporte e armazenamento da
biomassa sólida
▪ Aumento de chuvas ácidas para biomassa líquida
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Fontes primárias renováveis
➢Energia hídrica
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Fontes primárias renováveis
➢Energia hídrica
✓ Fluvial
▪ Barragem para retenção de grandes volumes de água
(energia potencial)
▪ Fio d’água para retenção de volumes médios de água
(energia cinética)
✓Maremotriz e ondamotriz
▪ Maré alta proporciona armazenamento da água
▪ Maré baixa proporciona liberação da água armazenada
▪ Movimento das ondas aciona os geradores
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Fontes primárias renováveis
➢Energia hídrica
✓ Vantagens das fluviais
▪ Fonte limpa e renovável
▪ Baixo custo de geração
✓ Vantagens das maremotrizes
▪ Fonte limpa e renovável
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Fontes primárias renováveis
➢Energia hídrica
✓ Desvantagens das fluviais
▪ Custo de implantação elevado
▪ Problemas socioambientais pelas grandes áreas alagadas
▪ Destruição de matas ciliares
▪ Assoreamento do leito dos rios
✓ Desvantagens das maremotrizes
▪ Necessidade de marés com grandes desníveis
▪ Custo de implantação elevado
▪ Baixo aproveitamento energético
▪ Possíveis impactos à fauna marinha
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Fontes primárias renováveis
➢Energia solar
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Fontes primárias renováveis
➢Energia solar
✓ Fotovoltaica
▪ Converte radiação solar em energia elétrica diretamente
▪ Emprega o efeito fotoelétrico
✓Heliotérmica
▪ Converte radiação solar em energia térmica
▪ Converte a energia térmica em energia elétrica
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Fontes primárias renováveis
➢Energia solar
✓ Vantagens
▪ Objeto de pesquisas em vários países para redução de custos
▪ Fonte primária gratuita e abundante
▪ Manutenção simples
▪ Radiação intensa em regiões tropicais
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Fontes primárias renováveis
➢Energia solar
✓ Desvantagens
▪ Requer grande quantidade de energia para fabricação
▪ Preço elevado em relação a outras fontes renováveis
▪ Produção dependente de condições ambientais
▪ Não produz à noite
▪ Pouca produção em países de grande latitude
▪ Possíveis problemas ambientais com descarte de baterias
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Fontes primárias renováveis
➢Energia eólica
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Fontes primárias renováveis
➢Energia eólica
▪ Utiliza a força dos ventos para acionar um gerador elétrico
▪ Vários sistemas disponíveis e em desenvolvimento
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Fontes primárias renováveis
➢Energia eólica
✓ Vantagens
▪ Objeto de pesquisa em vários países para redução de custos
▪ Não emite poluentes
▪ Fonte abundante e barata
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Fontes primárias renováveis
➢Energia eólica
✓ Desvantagens
▪ Inconstância dos ventos ao longo do ano, com riscos de
interrupção
▪ Custo elevado de implantação
▪ Dificuldade de armazenamento da energia
▪ Possíveis problemas ambientais com descarte de baterias,
em caso de armazenamento da energia
▪ Impactos ambientais sobre aves migratórias e morcegos
▪ Impacto sobre a vegetação ao redor devido ao deslocamento
de ar
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia fóssil
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia fóssil
▪ Utilização difundida a partir da invenção da máquina a vapor
▪ Tem o petróleo como principal fonte primária
▪ Também encontrada no folhelho
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia fóssil
✓ Vantagens
▪ Fonte primária ainda bastante usada em nível mundial
▪ Principal fonte geradora de combustível para locomoção e
aplicações industriais
▪ Reservas disponíveis em vários países
▪ Encontrada nas formas sólida, líquida e gasosa
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia fóssil
✓ Desvantagens
▪ Emissão de poluentes atmosféricos
▪ Reservas mundiais em declínio
▪ Substituição gradual pela energia elétrica na locomoção
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia nuclear
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia nuclear
▪ Obtida a partir da fissão do núcleo do átomo de urânio
enriquecido
▪ Utilizada para fins militares, no início
▪ Produz energia térmica e, em seguida, energia elétrica
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia nuclear
✓ Vantagens
▪ Reservas maiores do que as dos combustíveis fósseis
▪ Requer menos área para implantação
▪ Maior independência energética para países importadores de
petróleo
▪ Não emite poluentes atmosféricos
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Fontes primárias não renováveis
➢Energia nuclear
✓ Desvantagens
▪ Custo de implantação elevado
▪ Aumenta o risco de guerra nuclear
▪ Lixo atômico de difícil armazenamento
▪ Risco de acidentes radioativos
▪ Efeito da radioatividade pode durar muitos milênios
▪ Requer mananciais hídricos nas proximidades para
refrigeração
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Energia
Conceitos introdutórios
➢Conservação da energia
✓ Ela não se cria nem se destrói.
➢Degradação da energia
✓ Os processos de conversão energética são parcialmente
irreversíveis
Energia
Da fonte ao uso final
➢Energia primária
✓ É como ela se apresenta na natureza.
➢Energia secundária
✓ É como ela se apresenta para o consumo.
➢Transporte
✓ Condução de sua condição de energia primária para sua
condição de energia secundária.
Energia
Da fonte ao uso final
➢Da energia primária para a energia secundária ocorre
um fluxo unidirecional.
✓ Podem acontecer mudanças de forma durante o
transporte.
➢Degradação da energia
✓ Ocorrem perdas no percurso sob a forma de calor.
➢Conservação da energia
✓ Parte da energia se transforma em trabalho.
Energia
Jogando energia no lixo
04 unidades de 
energia
Setor de Abastecimento Setor de Consumo
Energia
A necessidade da eficiência
➢Eficiência no uso da energia
✓ Quando a Lei da Conservação da Energia supera a Lei da
Degradação da Energia.
✓ Quando é possível maximizar a capacidade de
transformar a energia em trabalho.
✓ Quando as perdas são minimizadas.
Energia
A energia como um vetor
➢Três mundos até recentemente dissociados:✓ O do calor
▪ Combustíveis fósseis, principalmente o óleo combustível
✓ O da eletricidade
▪ Fornecimento de iluminação, energia mecânica e parte da
refrigeração
✓ O dos transportes.
▪ Combustíveis fósseis, principalmente o óleo combustível e
gasolina
Energia
Matriz energética passada
➢Três mundos dissociados:
✓ O do calor
▪ Fontes primárias à base de petróleo e seus derivados
✓ O da eletricidade
▪ Quedas d’água e derivados do petróleo
✓ O dos transportes.
▪ Derivados do petróleo
Energia
O gás natural na matriz energética
➢A energia elétrica sofre a concorrência do gás
canalizado
✓ Capacidade de gerar energia e passa a ser fornecido na
casa do consumidor
➢O gás natural é introduzido nos meios de transporte
➢O gás natural passa a concorrer com derivados do
petróleo
➢A energia passa a ser vista como um vetor específico
Energia
Surgem os veículos elétricos
➢Totalmente elétricos
➢ Elétricos híbridos
➢ Elétricos híbridos geram energia elétrico
➢Os três mundos interligados
Energia
A revolução no setor elétrico
➢Hoje:
✓ Competição na geração
✓ Monopólio ainda na transmissão e na distribuição
▪ Permitida a entrada de novos operadores, com pagamento
de pedágio
✓ Empreendedores podem intermediar a aquisição de
energia
✓ Liberdade dos consumidores na escolha dos fornecedores
G T D
C
C
C
C
Características:
• Economia de escala
• Monopólio “natural”
Energia
A geração central
Energia
A geração distribuída
G T D
C
C
C
C
Energia
A geração distribuída
Futuro do
atendimento
da demanda
de EE
Cenário GC
Grandes usinas
Linhas extensas
Cenário GD
EE e Reservas
geradas junto 
das cargas
Recursos
Governo 
“anos 60/70”
Recursos 
Privados
Energia
O futuro da demanda
Caldeira
59
9
35
50
Cogeração
100
15
Geração
Central
100
58
7
159
GC GD
Demanda:
50 u calor
35 u ee
Energia
A economia pela cogeração
Combustível Equipamento de
Co-geração
Iluminação,
motores etc.
Vapor, água 
quente/fria, ar
condicionado etc. 
Energia
A economia pela co-geração
Ônibus 
elétrico
Prius / Toyota
Água
fria
Água
quente
30 x 106 veículos
c/ 20 - 30 kW
~ 750 GW !!!! 
Energia
Cogeração veicular
Energia
A eficiência no uso final
➢Lâmpadas mais eficientes
➢ Menor consumo e melhor iluminação
➢Geladeiras com selo do PROCEL (PROgrama Nacional
de Conservação de Energia ELétrica)
➢ Legislação brasileira em fase de criação de
procedimentos para melhorar a eficiência
➢Na indústria e no comércio existem as ESCO
(Empresa de Serviço de COnservação de Energia)
Energia
Racionalização do uso da energia
➢Busca da eficiência no uso da energia
➢ Redução do custo
➢ Aumento da produtividade
➢Repercussão na rede de distribuição
➢ Liberação de uma fatia de energia
G = P + E
G: gasto com energia antes da realização do trabalho
P: gasto após a realização do trabalho
E: economia gerada
O contratante paga P à concessionária e a ESCO retém
E para se remunerar e para pagar os financiamentos
obtidos.
Energia
Contratos de desempenho com a ESCO
Energia
Outras formas de geração distribuída
➢Biomassas
➢ Madeira, resíduos agroindustriais (casca de arroz, coco
etc.), papel, gases residuais da indústria
➢ Aumento da produtividade
➢ Energia solar
➢ Energia eólica
➢ Lixo urbano
➢ Esgoto sanitário
Energia
Transição prevista
➢Base da matriz tende para a hidrotermoeletricidade
➢Custos com energia elétrica com tendência de alta,
principalmente devido à transmissão
➢Consumidores caminham para a livre escolha
➢Ações de comercializadores se ampliam
➢Energia deixando de ser segmentada
➢Busca cada vez maior da eficiência
➢Veículos elétricos influenciarão o Setor Elétrico
➢Apoio ao uso de fontes alternativas