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Prof. Fábio Esteves da Silva Matriz Energética Faculdade de Tecnologia de Itaquera – Prof. Miguel Reale Agosto – 2019 Uma breve frisa do tempo 11,8 bilhões de ano 1a molécula organica: transformação de energia solar em energia química Conversores de Energia 2.500 a. C - Barco a vela 100 a. C – Moinho hidráulico 950 D.C – Moinho de vento 1769 – Máquina vapor 1800 – Pilha elétrica 1814 – Locomotiva a vapor 1827 – Turbina hidráulica 1831 – Indução eletromagnética 1866 – Dinamo 1878 – Lampada incandescente 1882 – Central hidroelétrica 1884 – Turbina a vapor 1893 – Motor diesel 1933 – Fissão nuclear 1953 – Célula fotovoltaica Buscar: Hot Big Bang Em ação, a energia se transforma de uma forma em outra. Exemplo Lei da Conservação da Energia 1o Princípio da Termodinâmica O uso da energia implica em transformá-la de uma forma para outra... Energia total antes da explosão = Energia total após a explosão porém ela, a energia, não é criada nem destruida. Sejam quantas forem as transformações, a quantidade total de energia no Universo permanece constante. As transformações não alteram a quantidade de energia do Universo. Embora permaneça inalterada, ... ... em cada transformação, a parcela da energia disponível torna-se cada vez menor. 2o Princípio da Termodinâmica Na maioria das transformações parte da energia converte em calor... ... que ao se dissipar caoticamente pela vizinhança torna-se , cada vez menos disponível, para realização de trabalho. A energia total do Universo não muda, mas a parcela disponível para realização de trabalho, torna-se cada vez menor. Fontes de energia Fontes Primárias Recursos enérgéticos disponíveis na natureza ou que dela podem ser obtidos de forma direta. Ex. PETRÓLEO Transformação Fontes Secundárias Produtos energéticos oriundos de Fontes Primárias mediante processo de transformação. Ex. ÓLEO DIESEL Fontes Primárias de Energia Petróleo Gás Natural Carvão mineral Minério de Urânio Biomassa Sol Vento Hidráulica Fontes Não Renováveis •Milhões de ano para a formação •Suprimento limitado Fontes Renováveis Recompostas em curto espaço de tempo Renováveis Recursos que se recuperam cíclica e naturalmente. Solares Várias formas: biomassa; hídraulica; eólica; solar direta; solar fotovoltaica; ondas marítimas. Não solares Mecânica: marés. Calor: geotérmica. Processos nucleares por fusão. Não renováveis Recursos que se esgotam com o uso. Solares Gasosa: gás natural. Líquida: petróleo cru. Sólida: petróleo pesado; areia betuminosa; xisto; série lignocelulósica (turfa, linhito, hulha ou carvão e antracito). Não solares Combustíveis nucleares. Fontes secundárias de energia Petróleo Gasolina Óleo combustível GLP Óleo Diesel ... Centro de Transformação Refinarias Cana de açucar Fonte Primária Fonte Secundária Destilarias Açucar Alcool Bagaço Energia Primária, Secundária e Final Fonte Primária Energia Primária Fonte Secundária Energia Secundária Centro de Transformação Centro de Transformação ConversorEnergia útil Energia Final Elementos Balanço Energético - Esquema sistema fechado Centro de Transformação Energia Primária Energia Secundária Energia Final Ponto vista Setor Energético Energia útil Força motriz Calor de Processo Aquecimento Direto Iluminação Eletroquímica Outros Transformação direta Perdas Transformação Perdas Uso final Conversor Perdas Conversão Matriz Energética FONTE: IEA/World Energy Outlook - 2018 Marion King Hubbert October 5th, 1903 - October 11th, 1989 Dr. Hubbert, geofísico, é conhecido como uma autoridade mundial sobre a estimativa dos recursos energéticos e sobre a predição de seus padrões de descoberta e esgotamento. Balanço Energético Nacional – BEN Tipos de Energia Primária Central Termoelétrica Ciclo combinado Cogeração Usina nuclear Medidas de energia Transformações e Transferência de Energia Finalidade da transformação Forma pela qual a energia é transferida Unidade de medida Mecânica Trabalho = Fx · x Joule (J) Aquecimento Calor Caloria (cal) 1 J Energia envolvida para erguer, de 1 m, um corpo de aproximadamente 100 grama. 1 cal Quantidade de calor que aquece 1 grama de água de 1oC. Outras Unidades Equivalências – 1a Lei 1 Btu 1.053 J 252 cal 1 cal 4,18 J 1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal 1 kWh 3,6 MJ 860 kcal 1 eV 1,6 x 10-19 J Unidade de Energia Equivalências Padrão usado nos balanços energéticos Tep tonelada equivalente de petróleo É o poder calorífico superior médio – PCS – do petróleo brasileiro cujo valor é 10.800 kcal/kg 1 tep brasileiro = 10.800 Mcal 1 tep standard = 10.000 Mcal Poder calorífico dos combustíveis Energia liberada pela combustão completa de 1 kg (ou 1 m3 normal) Poder Calorífico Superior PCS Leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição Poder Calorífico Inferior PCI Não leva em consideração o calor latente de vaporização da água de constituição PCS e PCI Gás Combustível PCI (kcal/kg) PCS (kcal/kg) Gás Natural Campos 14.600 16.200 Gás Natural Santos 14.400 16.000 Gás Natural Bolivia 14.900 16.500 GLP 11.000 12.000 Hidrogênio 28.500 33.900 Metano 11.900 13.300 Propano 11.000 12.000 Combustível Solido e liquido Contéudo energético ( kcal/kg) Carvão seco 7.000 Turfa 882 Gasolina 9.600 Petroleo Br 10.800 Urânio 19.000x106 Madeira 3.500 Alcool hidratado 6.800 Perdas ConversorEnergia Final Energia Útil Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i] i = energético j = uso final Eficiência da conversão para cada setor depende: • do energético e • do uso final. EF = EU + Perdas Lei da Conservação 1a Lei Termodinâmica Balanço de Energia Util e Energia Final Setor Residencial Industrial Transporte ... Eficiência na conversão Uso Final Calor de processo Força Motriz Iluminação .... Eff [i,j] = E.U [i,j] / E.F [i] i = energético j = uso final Energético (i) Uso (j) Eff Gás Natural Calor 50% Gás Natural Motriz 25% Eletricidade Calor 95% Eletricidade Motriz 75% Setor Residencial A Energia Util, por setor, depende de como a Energia Final se distribui pelo setor, e da eficiência de cada uso. E.U [i,j] = Eff [i,j] x E.F [i] Motriz Calor Outros Motriz Calor Outros Motriz Calor Outros Total Gás Natural 5000 0,20 0,80 0 0,25 0,50 - 250 2000 0 2250 Eletricidade 4000 0,40 0,25 0,35 0,75 0,95 0,3 1200 950 420 2570 Outros 8000 0 0,98 0,02 - 0,10 0,025 0 784 4 788 Total 17000 1450 3734 424 5608 E.Final EF(i) Distribuição por uso D(i,j) Eficiências/Rendimentos Eff(i,j) Energia útil EU(i,j) E.Util EU(i) Exemplo simplificado Setor residencial Balanço da energia útil Valores em tep 1.- Vantagem: considera os rendimentos nos diferentes usos 2.- Inconveniencia: como o rendimento depende do uso, a totalização não traduz a potencialidade do enérgético.
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