CONVERSÃO, CONSERVAÇÃO DE ENERGIA E EFICIÊNCIA TÉRMICA
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AULA 1 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA CONVERSÃO, CONSERVAÇÃO DE ENERGIA E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
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AULA 1
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA
CONVERSÃO, CONSERVAÇÃO DE
ENERGIA E EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
OBJETIVO
Fornecer base científica, teórica e experimental,
a fim de que o engenheiro ambiental possa
elaborar propostas de uso racional dos recursos
naturais, notadamente os recursos energéticos.
Tais propostas devem englobar tanto fontes de
energia como tecnologias de conversão
energética.
PARA QUE OCORRA
APRENDIZAGEM
VOCÊ DEVE QUERER APRENDER;
MATERIAIS SIGNIFICATIVOS;
DEVE HAVER TREINAMENTO- REPETIÇÃO;
CONHECIMENTO= INFORMAÇÃO.ATITUDE2
ENSINO –APRENDIZAGEM
SALA AULA:
INCERTEZAS;
RELAÇOES HUMANAS;
DOCENTE
INFORMAÇOES;
DE FORMA ORGANIZADA E SISTEMATIZADA;
PERCEPÇOES DE APRENDIZAGEM;
PRINCIPAIS ENGANOS COMETIDOS
CONVERSAR NA AULA
ESTUDAR PARA PROVA
NÃO LER LIVROS
SÓ FAZER EXERCÍCIOS ACOMPANHADO
PROFESSOR - ALUNO
IMPORTANTE
Segundo as mais recentes tendências sobre
ensino de engenharia, a absorção do
conhecimento deixou de depender
primordialmente do empenho em ensinar para
depender primordialmente do empenho em
aprender.
TAXONOMIA DE BLOOM
FONTE: http://www.scielo.br/pdf/gp/v17n2/a15v17n2.pdf
OBJETIVO
Fornecer base científica, teórica e experimental,
a fim de que o engenheiro ambiental possa
ELABORAR propostas de uso racional dos
recursos naturais, notadamente os recursos
energéticos.
Tais propostas devem englobar tanto fontes de
energia como tecnologias de conversão
energética.
TAXONOMIA DE BLOOM
FONTE: http://www.scielo.br/pdf/gp/v17n2/a15v17n2.pdf
EMENTA
Sistemas de conversão e conservação de
energia;
Impactos energéticos ambientais;
Métodos de conversão e conservação de
energia;
Eficiência energética.
CONHECIMENTO
ENERGIA:
CONHECIMENTO ESPECIFICO: DEFINIÇÃO
CONHECIMENTO DE TERMINOLOGIA: FORMAS
DE ENERGIA, UNIDADES;
CONHECIMENTO DE TENDENCIA: 1ª E 2ª LEI DA
TERMODINAMICA
CONHECIMENTO DE METODOLOGIA: BALANÇO
DE ENERGIA
1. CONHECIMENTO ENERGIA
DEFINIR ENERGIA;
ENUMERAR AS FORMAS DE ENERGIA;
ORDENAR A FORMA DE ENERGIA
DESCREVER AS UTILIZAÇÕES DE ENERGIA
RECONHECER DIFERENTES FORMAS DE
ENERGIA
RELACIONAR ESTAS FORMAS DE ENERGIA;
2. COMPREENSÃO- ENERGIA
RESOLVER EXERCICIOS QUE ENVOLVAM
CÁLCULO DE ENERGIA;
CLASSIFICAR DIFERENTES FORMAS DE
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA;
RECONHECER A TRANSFORMAÇÃO DE
ENERGIA EM SITUAÇÕES ADVERSAS
DAR EXEMPLOS
INTERPRETAR PROBLEMAS
3. APLICAÇÃO
APLICAR CONHECIMENTO DE ENERGIA EM
PROBLEMAS REAIS
DEMONSTRAR A TRANSFORMAÇÃO DE
ENERGIA EM DIFERENTES SITUAÇÕES;
INTERPRETAR PROBLEMAS ENERGÉTICOS;
ESBOÇAR PROCESSOS DE
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
CONSTRUIR PROCESSOS DE
TRANSFERENCIA DE ENERGIA
4. ANÁLISE- ENERGIA
ANALISAR AS DIFERENTES FORMAS DE
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA;
CLASSIFICÁ-LAS QUANTO AO IMPACTO
AMBIENTAL;
DETERMINAR AS FORMAS DE ENERGIAS
“LIMPAS”
5. SINTETIZAR - ENERGIA
COMBINAR AS RELAÇÕES DE ENERGIA E
SUSTENTABILIDADE;
COMPOR MECANISMOS DE
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
PLANEJAR FORMAS DE TRANSFERENCIA DE
ENERGIA
ELABORAR PROPOSTAS DE USO RACIONAL
DOS RECURSOS NATURAIS, NOTADAMENTE
OS RECURSOS ENERGÉTICOS.
Professora: Lisandra Ferreira de Lima
[email protected] lab. Panificação (térreo bloco A)
ATENDIMENTO:
Critérios de Avaliação. MP = (P1 + P2 + P3)/3
MP = 6 Aprovado
3 < MP < 6 Avaliação substitutiva.
MP < 3 Reprovado.
A NOTA SERÁ COMPOSTA POR:
-VALOR DA AVALIAÇÃO: 6,0
-Projetos – 3,0
-APS: 1,0 – se tiver nota da avaliação superior a 4,0
APS: Tarefas diárias =1 pontos;
* Desde que esteja com data; hora inicial; hora final de
execução;
* Entregue pontualmente – aula posterior;
As tarefas incluem exercícios, leitura, resumos,
APS
A CADA AULA VOCÊS RECEBERÃO UMA
ATIVIDADE DE EXERCICIOS QUE DEVERÁ
SER ENTREGUE NA AULA SEGUINTE
DEVERÁ CONTER A DIA QUE FOI REALIZADO,
O HORÁRIO DE INÍCIO E DE TÉRMINO DE
REALIZAÇÃO DE CADA EXERCÍCIO
VOCÊS DEVERÃO FAZÊ-LOS NO MESMO DIA
DA AULA (ANTES DE DORMIR)
REFERENCIAS UTILIZADAS
LIVROS DE TERMODINAMICA DA BIBLIOTECA:
VAN WYLEN;
SHAPIRO;
SMITH VAN NESS;
INDIO
LEVENSPIEL
MATERIAL DE SALA DE AULA
OBJETIVOS DESTA AULA
Relacionar (1) Engenharia Ambiental x Disciplina
Apontar (1) a relação entre conversão energética
e a Termodinâmica;
Mostrar (1) o vocabulário único associado a
termodinâmica;
Recordar(1) o SI métrica e os sistemas de
unidades internacional e inglês;
Definir (1) sistemática de resolução de
problemas técnica.
1- Lembrar
CONVERSÃO DE ENERGIA
EMENTA
ENERGIA:
CONVERSÃO;
PARA ENTENDER A CONVERSÃO
PRIMEIRO É PRECISO SABER O QUE
PODE SER TRANSFORMADO? EM QUE
PODE SER TRANSFORMADO?
CONSERVAÇÃO;
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
EFICIÊNCIA;
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
ENERGIA
O que é energia?
O que uso eficiente de energia?
O que é racionamento de energia?
O que é conservação de energia?
FONTE: Conservação de Energia/ Eletrobras/Procel
ENERGIA
ARISTÓTELES (V a.C) “REALIDADE EM
MOVIMENTO”
TERMODINAMICA “MEDIDA DA CAPACIDADE
DE REALIZAR TRABALHO”
MAXWELL, 1872 “ PERMITE UMA MUDANÇA
NA CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA,
Sistema Aberto
Sistema Fechado
Sistema Isolado
IMPERMEAVEL A MASSA;
ADIABÁTICA;
RÍGIDA;
MÓVEL
FORNTEIRA
• Sistema aberto:
fronteiras permeáveis
à passagem de matéria
• Sistema fechado:
fronteiras impermeáveis
à passagem de matéria
Podem trocar Energia com a Vizinhança
• Sistema isolado: não tem contato mecânico,
nem térmico com suas vizinhanças
Sistemas simples – isentos de paredes internas restritivas (impermeáveis, rígidas ou adiabáticas); não apresentam fenômenos de superfície (tensão superficial); não são suscetíveis a campo de forças externas ou a forças inerciais. Trabalhar-se-á com sistemas simples ou sistemas compostos por sistemas simples em TD.
Sistemas uniformes - são sistemas simples cujo valor das propriedades intensivas é o mesmo em qualquer ponto.
Sistemas em regime permanente – os sistemas sofrem um processo no qual nenhuma de suas propriedades varia com o tempo.
Sistemas isolados térmicamente;
Sistemas isolados mecânicamente,
SISTEMAS
COMO CONSERVAR ENERGIA
HUMANO
TECNOLÓGICO
CONVERSÃO DE ENERGIA
QUAIS SÃO AS FORMAS DE ENERGIA QUE
VOCÊ CONHECE?
QUAIS FORMAS DE CONVERSÃO
ENERGÉTICA VOCÊ CONHECE?
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
MAS SE ELA SE CONSERVA? POR QUÊ A
PREOCUPAÇÃO?
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
Liberação de Energia proporciona
Calor Trabalho (mecânico) Trabalho
Elétrico
Sistema + Vizinhança = UNIVERSO
A termodinâmica é básica para estudos
subsequentes em campos como: • mecânica dos fluidos
• transferência de calor
• Turbinas
• compressores, bombas
• plantas de potência a combustível fóssil ou nuclear
• calefação, ventilação e ar-condicionado
• refrigeração
• sistemas de energia alternativos
• células de combustível
• energia solar
• sistemas geotérmicos
• energia eólica
• micro e nanosistemas
•escoamento multifásico
•produção e transporte de petróleo
• etc.
O consumo de energia do mundo dobra
a cada 50 anos!! Reservas, geração e otimização da energia é uma
questão estratégica.
Desafios para a engenharia:
Aperfeiçoamento do uso fontes convencionais de energia (petróleo, energia nuclear, energia hidráulica, carvão, lenha, etc.)
Uso mais intenso das fontes não convencionais de energia (solar, eólica, geotérmica, marés, etc.)
Reestruturação do uso da energia (recuperação de energia)
Aumento do rendimento das máquinas de conversão de energia
HIDROELÉTRICA
ENERGIA SOLAR
ENERGIA EÓLICA
REFRIGERAÇÃO DE AR
FORMAS DE ENERGIA A energia cinética (energia de movimento);
A energia elétrica (que move nossos eletrodomésticos);
A energia química (presente em uma bateria de carro e em nossos corpos);
A energia nuclear (que reside no interior dos átomos e se manifesta nos reatores e nas bombas),
Calor e Trabalho.
Todas podem ser tratadas como equivalentes.
CONVERSÃO ENERGÉTICA
FIG 1.5 ÇENGEL
CONVERSÃO ENERGÉTICA
Conservação de energia, Eletrobrás
ENERGIA QUÍMICA X ELÉTRICA
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag
ENERGIA NUCLEAR X MECÂNICA
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke,
Sonntag
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke,
Sonntag
ENERGIA QUÍMICA x ENERGIA TÉRMICA
ENERGIA TÉRMICA x ELÉTRICA
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke,
Sonntag
QUIMICA EM ELETRICA E CALOR EM TRABALHO
Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke,
Sonntag
ENERGIA CINÉTICA x ENERGIA ELETRICA
ENGENHARIA AMBIENTAL
X
ENERGIA
ENGENHARIA AMBIENTAL
TEMPERATURA O que é temperatura?
PRESSÃO
A
FP
Pabs = Pbar + Pman para Pman > 0
Pabs= Pbar - Pman para Pman < 0 (vácuo)
PRESSÃO
INSTRUMENTOS DE PRESSÃO
Unidades de Pressão
RELAÇÃO DA PRESSÃO COM ENERGIA;
PRESSÃO
V
E
d.A
d.F
A
FP
Pabs = Pbar + Pman para Pman > 0
Pabs= Pbar - Pman para Pman < 0 (vácuo)
Processo: evolução do sistema de um estado
termodinâmico inicial para um estado
termodinâmico final.
ISOTÉRMICO;
ISOCÓRICO;
ISOBÁRICO;
ADIABÁTICO;
PROCESSOS
Quando um sistema está em equilíbrio – isto é,
suas propriedades termodinâmicas não variam
com o tempo, diz-se que ele está em um
determinado Estado. O estado de qualquer
sistema pode ser descrito por algumas variáveis
termodinâmicas. Quanto mais complexo o
sistema, maior o número de variáveis.
ESTADO TERMODINÂMICO
Propriedades extensivas dependem da quantidadde do material do sistema
tal como U & V. U & V tornam-se propriedades intensivas se for
consideradad uma massa unitária (U & V específica), ou um mol (U & V
molar)
m
V
T
P
½ m ½ m
½ V ½ V
T T
P P
Propriedade Extensiva
Propriedade Intensiva
Diferença entre propriedades extensiva e intensiva
DE ESTADO
DE CAMINHO
PROPRIEDADES
Existem outras definições para o estado de equilíbrio, mas a priori, podemos considerar:
1. nenhuma propriedade (p, V, T, m, n, etc..) do sistema varia durante um certo tempo;
2. o sistema é uniforme ou é composto por partes uniformes;
3. as trocas líquidas de qualquer natureza entre o sistema e vizinhanças ou entre partes
internas do sistema são nulas;
4. as taxas líquidas de reações químicas são nulas.
Um sistema termodinâmico pode apresentar estados de equilíbrio cuja estabilidade pode
ser comparada a de um sólido, como um cone, sobre uma superfície plana horizontal:
1. Quando o cone está apoiado sobre sua base, tem-se um equilíbrio estável;
ESTADO DE EQUILIBRIO
A palavra equilíbrio denota condição estática (ausência de modificações) mas para a Termodinamica, representa
ausência de tendência a mudanças.
No estado de equilíbrio:
Não há taxas de variação ( as propriedades não variam com o tempo);
O sistema é uniforme, ou composto por vários subsistemas uniformes;
Todos os escoamentos são nulos ( de calor, de trabalho ou massa) no interior do sistema, ou entre sistema e
vizinhança;
A taxa liquida de reação é nula.
Equilíbrio Termodinâmico: implica em equilíbrio mecânico, térmico, de fase e químico.
Em processos, ocorrem uma sucessão de mudanças de estado, ou seja, desvios de equilíbrio. Como as
propriedades só descrevem o estado do sistema no equilíbrio, conceituou-se um processo ideal, chamado de
processo quasi- estático.
Equilíbrio quase-estático (meta-estável): Composto por uma sucessão de estados de equilíbrio, representando
em cada processo, um desvio infinitesimal da condição de equilíbrio anterior.
EQUILIBRIO
“Se um sistema A está em equilíbrio térmico
com outro sistema B, e se o sistema B está em
equilíbrio térmico com um terceiro sistema C,
então o sistema C está em
equilíbrio térmico com o sistema A”
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
CONSERVAÇÃO
BALANÇO DE ENERGIA
o VIZINHANÇA;
o SISTEMA
oΔE(sistema)=ΔE(vizinhança)
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
QUAIS AS ENERGIAS PODEM
ESTAR NO SISTEMA E QUAIS
ATRAVESSAM A FRONTEIRA
ESTÃO NA VIZINHANÇA?
EXPERIMENTO DE JOULE
1 caloria = 4,18 Joules
CALOR (Q)
É o fluxo de energia movido por uma diferença de
temperatura.
Energia em trânsito
Depende do caminho.
Calor e Temperatura não são a mesma coisa!
ENERGIA UTIL;
ENERGIA EM TRANSITO;
DEPENDE DO CAMINHO;
QUALQUER OUTRA FORMA DE ENERGIA QUE
NÃO TENHA A VARIAÇÃO DE TEMPERATURA
COMO FORÇA MOTRIZ
TRABALHO
Trabalho
• Deslocamento de um corpo contra uma força que se
opõe ao deslocamento
• Expansão de uma gás que empurra um pistão
• Reação química que gera corrente elétrica
TRABALHO (W)
TRABALHO MECÂNICO
ENERGIA MECÂNICA
2
1
2
1
2
1
)( dxdt
dvmdxmaFdxW
- Energia Cinética (Ec):
dt
dxv
222
22
1
2
2
2
1
vmvvmvdvmW
ENERGIA MECÂNICA
- Energia Potencial (Ep):
xmgdxmgdxmgFdxW 2
1
2
1
2
1
)(
TRABALHO HIDRAULICO
Trabalhos
Mecânico
De Estiramento
Gravitacional
Expansão
Expansão superfícial
Eletroquímico
w=Fext dl
w= k l dl
w= mg dl
w=Pext dV
w= dA
w=V dQ
= I V dt
Fext = força externa
l = deslocamento
kl = tensão
l = deslocamento
m = massa
g = constante gravitacional
l = deslocamento
Pext = pressão externa
V = volume
= tensão superficial
A= área
V = diferença de potencial
Q = quantidade de eletricidade
I = corrente elétrica
t = tempo
Trabalho
TRABALHO
CALOR x TRABALHO
DEFINIÇÃO: Energia das próprias moléculas,
devida a força de atração, repulsão, translação,
rotação das moléculas
ENERGIA INTERNA
PROPRIEDADE DE ESTADO;
PROPRIEDADE EXTENSIVA;
IMPOSSIVEL A MEDIDA LOCAL
ENERGIA INTERNA
Energia Interna: U
Função de estado:
depende do estado no qual o
sistema está, não do modo
que chegou
U = Ufinal - Uinicial
QUESTIONAMENTOS Conceituação de sistemas e seus diferentes tipos;
Se a energia sempre se transforma, quais as Formas de energia?
Se energia elétrica tem unidade diferente da en. cinética, como são semelhantes? Como transformar uma na outra?
O que é equilíbrio?
O Calor flui em que direção?
O que é um processo reversível?
O que é um processo cíclico, e eficiência?
Termos como: processo adiabático, compressão isotérmica, expansão adiabática, vácuo, devem ser bem entendidos;
Quando considerar o ar um gás ideal e quando isto é impossível? Por quê?
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.
