CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 2. CONVERSÃO DE ENERGIA Profª Drª Maria de...
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CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
2. CONVERSÃO DE ENERGIA
Profª Drª Maria de Fátima Ribeiro Raia - 2012
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Quais são as formas que a energia se manifesta na natureza?
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FORMAS DE ENERGIA
1- Energia Nuclear e Atômica – fundamentais para os processos básicos de
conversão de energia no universo, em nível atômico.
• Fusão - no interior das estrelas, inclusive no sol ocorre a fusão de núcleos de
átomos leves como o H
ex. geração de energia e bomba H.
• Fissão: separação de núcleos pesados, urânio, tório e plutônio em decorrência
da instabilidade natural ou provocada de alguns isótopos destes materiais.
ex. bomba atômica, geração de energia, navios e submarinos
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2- Energia Química
• é a acumulada na forma de ligações entre átomos e moléculas.
ex: energia dos combustíveis, processo de combustão nos fornos, motores e caldeiras.
3- Energia Térmica – • é a energia resultante do movimento de íons e moléculas e esta associada à
energia interna dos corpos.(equivocadamente chamada de calor que é o fluxo energético decorrente da diferença de temperaturas )
• a transferência de energia interna de um corpo para outro se dá mediante os processos de condução, convecção e radiação.
ex: a queima de combustíveis por algum tipo de trabalho externo.
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4- Energia Mecânica
• potencial: é a energia mecânica associada a uma força elástica e pode ser potencial elástica, ex: acumulada em molas ou gases comprimidos ou gravitacional que depende da posição de uma massa em um campo gravitacional.
ex: energia hidráulica acumulada em um reservatório.
• cinética: é a que se associa à inércia das massas em movimento
ex: energia eólica, ou movimentos rotacionais, como nos volantes de inércia.
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5- Energia Eletromagnética (ou Radiante)
• é a acumulada na forma de campos eletromagnéticos.
• caracterizada pela presença ou movimento de partículas eletricamente
carregadas.ex: campo magnético terrestre, imãs, luz, ondas, energia elétrica
6- Energia Elétrica
• é normalmente associada à circulação de cargas através de um campo
potencial elétrico, é também encontrada em cargas estacionárias, como nos
capacitores ou em nuvens eletricamente carregadas.
• é um dos pilares da sociedade moderna para os mais variados fins como:
iluminação, uso de eletrodomésticos, acionamentos industriais, etc.
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PERGUNTA: a energia elétrica gerada por quedas d'água tem alguma relação com a
energia nuclear, eólica, solar, das marés, ou a que mantém aquecido e brilhante o
núcleo de galáxias e corpos poderosamente energéticos e distantes, os quasares?
SIM. Segundo a cosmologia do Big Bang, toda a energia do Universo, originou-
se da explosão primordial e não cessou de se transformar. O desafio da ciência
é contar como tudo isso aconteceu:
• um átomo radioativo como o do urânio, usado em reatores nucleares ou
nas bombas atômicas, formou-se na fase final da vida de uma estrela de
grande massa. O responsável por essas estrelas, as supernovas, como são
conhecidas, é a gravidade
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• a gravidade cozinha pacientemente átomos simples nos caldeirões estelares
até convertê-los em átomos densos e instáveis de matéria pesada. Quando
a ruptura do núcleo, a fissão nuclear, libera a energia desses átomos, em
reatores nucleares modernos, a água aquecida movimenta um gerador de
energia elétrica. ex. uma máquina a vapor alimentada a carvão;
• no interior solar, por fusão nuclear, 600 mil toneladas de hidrogênio são
convertidos em hélio a cada segundo. Há uma diferença de massa, entre
hidrogênio e hélio, eliminada sob forma de energia. Essa é a fonte que
alimenta a vida na Terra;
• mas não só diretamente. O aquecimento da Terra dá origem às correntes
marinhas e os ventos, e vaporiza a água que formará a nascente dos rios. A
água nas represas têm energia potencial acumulada que irá movimentar as
turbinas de conversão de energia cinética e converter em energia elétrica;
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• os ventos encrespam as águas do mar e formam as ondas que varrem as
praias e os costões rochosos num movimento incessante. É possível retirar
energia das correntes marinhas e das ondas e, no futuro, certamente isto
será feito de forma eficiente;
• com a energia das marés não é diferente. A interação gravitacional entre a
Terra, Sol e Lua, especialmente, é a fonte de energia que move as marés;
• existem muitas outras fontes de energia, como a que movimenta a crosta
rachada da Terra e que dá origem a vulcanismo, sismo e maremotos. Ainda
assim, o que alimenta todas essas usinas é a energia da gravitação
universal.
em suma, as transformações da energia remetem à origem do Universo
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MATRIZ DE CONVERSÃO DE ENERGIA
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Fazer seguindo a matriz de conversão de energia:
1- as transformações energéticas em um automóvel.
2- como se transforma a energia mecânica (“cinética") em energia química armazenada na bateria do veículo?
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Leis da EnergiaPrincípio da Conservação de Energia• a quantidade total de energia em um sistema isolado sempre permanecerá
constante,
ENTÃO:
• em um sistema isolado a energia é conservada
• o sistema isolado ou fechado pode ser o universo
• a energia total do universo é constante e assim permanecerá
LEMBRAM DO PRINCÍPIO DE LAVOSIER NO 2º GRAU?
“Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”
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Pergunta:
Já que a energia em um sistema fechado não é PERDIDA, CRIADA ou GERADA, por que precisamos nos preocupar tanto com os recursos energéticos, já que a energia é uma quantidade constante?
o problema é que o calor residual que é transferido para o ambiente, é um dos produtos
finais de muitas transformações de energia, e deixa de ser útil para a realização de qualquer
trabalho.
ou melhor
o potencial da energia de gerar trabalho útil acaba sendo “degradado”
a termodinâmica trata do estudo da relação entre o calor e otrabalho, ou, de uma maneira mais prática, oestudo de métodos para a transformação deenergia térmica em energia de movimento.
1ª Lei – o trabalho realizado sobre um sistema, somado à energia adicionada a ele, é igual a variação na energia total do sistema,simplificando:
A 1ª Lei da Termodinâmica e o Princípio da Conservação de Energia“princípio da quantidade da energia”
- trabalho realizado (energia útil) + energia adicionada (de entrada) =
variação de energia (perdas)
energia de entrada = energia de saída + perdaso que nada mais é que o princípio da conservação de energia:
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Quando você ouvir falar de motores que funcionam sem combustível, tirando energia do nada, pode ficar tranquilo que é fraude.
É impossível construir uma máquina que gere energia do nada. Uma máquina assim seria um "moto perpétuo ", e não existe porque
contradiz a 1ª Lei da Termodinâmica.
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A 2ª Lei da Termodinâmica (“princípio da qualidade de energia”)
enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece a conservação de energia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas
possam ocorrer.
A qualidade da energia é determinada pela sua capacidade de gerar trabalho físico
ex: freios de uma carro
Pelas leis da termodinâmica, a energia se degrada. Em todo o processo de trabalho, a energia vai se
transformando e sendo perdida sob a forma de calor. É o princípio da entropia.
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As perdas podem ser reduzidas, mas nunca eliminadas totalmente!É uma lei da natureza!
Perguntas:
1- Qual a diferença entre conservação de energia e o princípio da conservação de energia?
2-Se a eficiência de uma termelétrica a carvão é de 35%, então o que significa dizer que a energia é uma quantidade conservada?
3- Para que servem a 1ª e a 2ª Lei da Termodinâmica em um estudo de eficiência energética?
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Conservação de Energia
combater o desperdício;
significa diminuir o consumo, reduzindo custos;
melhorar a maneira de utilizar a energia, sem abrir mão do conforto e das vantagens que ela proporciona;
postergar investimento em novas centrais de geração;
exploração racional dos recursos naturais ;
poupar o meio ambiente, etc.
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para isso deve-se atuar:gerenciamento pelo lado da demanda (GLD)
educação para conscientização da população
eficiência energéticabuscar um aumento na eficiência de produtos e processos;
utilizar menos energia para produzir a mesma ou mais quantidade de energia útil
gerenciamento pelo lado da ofertaeficiência energética
repotenciação de usinas visando: maior potência e rendimento;aumento do fator de capacidade da usina.
geração distribuídageração com fontes renováveis de energia
é preciso aprender a fazer mais com menos
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EFICIÊNCIAS DE ALGUNS SISTEMAS DE CONVERSÃO DE ENERGIA
- 30%
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Perguntas:
8-
térmica
24Em que parte do sistema deve se feito investimentos na busca de tecnologias mais eficientes e pq?
2-
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