Engenharia, Meio Ambiente, Matéria e e Energia Energia · Dois grandes problemas ... dos recursos...
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Engenharia Engenharia, , Meio Meio Ambiente Ambiente, , FACULDADE DE ENGENHARIA Meio Meio Ambiente Ambiente, , Matéria Matéria e e Energia Energia Profa. Aline Sarmento Procópio Profa. Aline Sarmento Procópio Dep. Engenharia Sanitária e Ambiental Dep. Engenharia Sanitária e Ambiental
Transcript of Engenharia, Meio Ambiente, Matéria e e Energia Energia · Dois grandes problemas ... dos recursos...
EngenhariaEngenharia , , MeioMeio AmbienteAmbiente , ,
FACULDADE DE ENGENHARIA
MeioMeio AmbienteAmbiente , , MatériaMatéria e e EnergiaEnergia
Profa. Aline Sarmento ProcópioProfa. Aline Sarmento ProcópioDep. Engenharia Sanitária e AmbientalDep. Engenharia Sanitária e Ambiental
Lei da Conservação da MatériaLei da Conservação da MatériaEmEm qualquerqualquer sistemasistema, , físicofísico ouou químicoquímico, , nãonão se se criacria nemnem
se se eliminaelimina matériamatéria, , apenasapenas é é possívelpossível transformátransformá--la la de de umauma forma forma emem outraoutra..
PODEMOS ACABAR COM A POLUIÇÃO AMBIENTAL?PODEMOS ACABAR COM A POLUIÇÃO AMBIENTAL?
Poluentes serão sempre gerados e sempre teremos Poluentes serão sempre gerados e sempre teremos resíduos…resíduos…
Consequências dessa LeiConsequências dessa Leiresíduos incorporados ao meio resíduos incorporados ao meio �������� reciclagem reciclagem �������� na natureza: CICLOS na natureza: CICLOS
BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS
PODE HAVER EQUILÍBRIO OU NÃOPODE HAVER EQUILÍBRIO OU NÃOPODE HAVER EQUILÍBRIO OU NÃOPODE HAVER EQUILÍBRIO OU NÃO
CENÁRIO ATUALCENÁRIO ATUAL
desequilíbrio entre GERAÇÃO DE RESÍDUOS/POLUENTESdesequilíbrio entre GERAÇÃO DE RESÍDUOS/POLUENTESee
RECICLAGEM DO MEIO RECICLAGEM DO MEIO
PrimeiraPrimeira Lei Lei dada TermodinâmicaTermodinâmica
A A energiaenergia podepode se se transformartransformar de de umaumaforma forma emem outraoutra, , masmas nãonão podepode ser ser
criadacriada ouou destruídadestruída..
EntradaEntrada de de energiaenergia = = saídasaída de de energiaenergia
Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica
Toda transformação de energia envolve Toda transformação de energia envolve rendimentos inferiores a 100%.rendimentos inferiores a 100%.
degradação da qualidade de energiadegradação da qualidade de energia(geralmente na forma de calor transferido para o meio)(geralmente na forma de calor transferido para o meio)
Exemplos da Segunda Lei Exemplos da Segunda Lei
�� Carros: somente de 20Carros: somente de 20--25% de 25% de gasolina produz energia útil gasolina produz energia útil (mecânica e elétrica)(mecânica e elétrica)
�� Lâmpada incandescente: apenas Lâmpada incandescente: apenas 5% da energia é luz, o resto é 5% da energia é luz, o resto é calor de baixa qualidadecalor de baixa qualidade
Imagem: azooptics.com
Leis de Troca de matérias e Leis de Troca de matérias e energia e Sustentabilidadeenergia e Sustentabilidade
�� EconomiasEconomias de de altaalta produtividadeprodutividade nãonão sustentáveissustentáveis�� MAIORIA DAS NAÇÕES DESENVOLVIDASMAIORIA DAS NAÇÕES DESENVOLVIDAS
-- SOLUÇÃO?SOLUÇÃO?• Energia de baixa qualidade (CALOR)
• Desperdício e poluição (MATÉRIA
RESIDUAL)
�� EconomiasEconomias de de reciclagemreciclagem e e reaproveitamentoreaproveitamento de de matériamatéria emem umauma EconomiaEconomia de Alta de Alta ProdutividadeProdutividade
ouou, , comocomo melhormelhor saídasaída ::
�� EconomiasEconomias de de BaixaBaixa ProdutividadeProdutividade SustentáveisSustentáveis�� diminuiçãodiminuição do DESPERDÍCIOdo DESPERDÍCIO
RESIDUAL)
Utilização eficientede matéria e energia
TODAS AS FORMAS TODAS AS FORMAS
DE VIDA DE VIDA
DEPENDEM DO DEPENDEM DO
FLUXO DE FLUXO DE
ENERGIA E DA ENERGIA E DA
RECICLAGEM DA RECICLAGEM DA
MATÉRIA; SEUS MATÉRIA; SEUS MATÉRIA; SEUS MATÉRIA; SEUS
PROCESSOS SÃO PROCESSOS SÃO
REGIDOS PELAS 3 REGIDOS PELAS 3
LEIS BÁSICAS LEIS BÁSICAS
SOBRE MATÉRIA SOBRE MATÉRIA
E E
TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
..
BreveBreve históricohistórico�� Século XXSéculo XX�� oferta farta de energia oferta farta de energia
(principalmente de combustíveis fósseis) (principalmente de combustíveis fósseis)
�� Século XXISéculo XXI�� o cenário mudou o cenário mudou ��
necessidade do necessidade do desenvolvimento desenvolvimento
sustentávelsustentável::
•• disponibilidade energética compatível disponibilidade energética compatível •• disponibilidade energética compatível disponibilidade energética compatível
com o acentuado aumento do consumo com o acentuado aumento do consumo
(principalmente nos países em (principalmente nos países em
desenvolvimento)desenvolvimento)
•• necessidade de substituição de fontes tradicionais por recursos menos necessidade de substituição de fontes tradicionais por recursos menos
agressivos ao meio ambienteagressivos ao meio ambiente
•• adesão a práticas mais eficientesadesão a práticas mais eficientes�� obtenção do mesmo resultado utilizando obtenção do mesmo resultado utilizando
menor quantidade de energiamenor quantidade de energia
““CriseCrise ambientalambiental” no ” no setorsetor energéticoenergético
�� Dois grandes problemas ambientais detectados nos anos 90:Dois grandes problemas ambientais detectados nos anos 90:
•• Aquecimento global Aquecimento global combustíveis fósseiscombustíveis fósseis
•• Esgotamento (a médio prazo) dos recursos naturaisEsgotamento (a médio prazo) dos recursos naturais
DESAFIO:
REDUÇÃO DO IMPACTO AMBIENTAL SIMULTANEAMENTE AO
AUMENTO DA OFERTA DE ENERGIA
FOCO���� DIVERSIFICAR E “LIMPAR” A MATRIZ ENERGÉTICA
Altino Ventura Filho
Altino Ventura Filho
Altino Ventura Filho
Altino Ventura Filho
Altino Ventura Filho
Altino Ventura Filho
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Tucuruí
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�� 2 tipos de reservatórios: 2 tipos de reservatórios: acumulaçãoacumulação ou fio d’águaou fio d’água
RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃORESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO
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�� Principais variáveis utilizadas na classificação de uma usina Principais variáveis utilizadas na classificação de uma usina hidrelétrica: hidrelétrica: •• altura da queda d’águaaltura da queda d’água•• vazãovazão•• localizaçãolocalização•• capacidade ou potência instalada capacidade ou potência instalada fatores interdependentesfatores interdependentes
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•• capacidade ou potência instalada capacidade ou potência instalada fatores interdependentesfatores interdependentes•• tipo de turbina empregadatipo de turbina empregada•• tipo de barragem tipo de barragem •• reservatórioreservatório
�� Altura da queda d’água: baixa Altura da queda d’água: baixa �������� até 15 metros até 15 metros alta alta �������� de 15de 15 até 150 metros até 150 metros
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�� Potência instalada: Potência instalada: •• Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH): até 1 MW Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH): até 1 MW •• Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH): entre 1,1 MW e 30 MWPequenas Centrais Hidrelétricas (PCH): entre 1,1 MW e 30 MW•• Usina Hidrelétrica de Energia (UHE): mais de 30 MWUsina Hidrelétrica de Energia (UHE): mais de 30 MW
grandes linhas de transmissão em tensões alta e
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grandes linhas de transmissão em tensões alta e extra-alta (de 230 quilovolts a 750 quilovolts)
�� BRASIL: 227 CGHs (120 MW de potência instalada tot al)BRASIL: 227 CGHs (120 MW de potência instalada tot al)320 PCHs (2.400 MW de potência instalada total)320 PCHs (2.400 MW de potência instalada total)159 UHE (74.632 MW de potência instalada total)159 UHE (74.632 MW de potência instalada total)
(ANEEL, 2008)(ANEEL, 2008)
USINA DE ITAIPUUSINA DE ITAIPU
�� capacidade instalada de 14.000 capacidade instalada de 14.000 MWMW�������� 20 unidades geradoras 20 unidades geradoras de 700 MW de 700 MW
�� Altura da queda d’água: entreAltura da queda d’água: entre8484 e 128 metros (abree 128 metros (abre--se o se o vertedouro) vertedouro)
http://www2.itaipu.gov.br/dados
Fontes Renováveis de Energia Elétrica Fontes Renováveis de Energia Elétrica -- Hidrelétrica Hidrelétrica --
http://www2.itaipu.gov.br/dados/
PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS:
- Grandes áreas alagadas���� perda de diversidade biológica local
- Emissão de gases de efeito estufa pelos reservatórios (menor escala em relação às termelétricas)
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�� Várias rotas tecnológicas para obtenção da energia elétrica a Várias rotas tecnológicas para obtenção da energia elétrica a
partir da biomassa partir da biomassa
��������EM EM TODAS: conversão da matériaTODAS: conversão da matéria--prima em um produto prima em um produto
intermediário intermediário �������� prprodução de energia mecânica que acionará o odução de energia mecânica que acionará o
gerador de energia elétricagerador de energia elétrica
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gerador de energia elétricagerador de energia elétrica
•• Origem da matéria orgânica utilizada: Origem da matéria orgânica utilizada:
�� florestal (madeira, principalmente)florestal (madeira, principalmente)
�� agrícola (soja, arroz e canaagrícola (soja, arroz e cana--dede--açúcar, entre o utras)açúcar, entre outras)
�� rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos )rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos )
UMA DAS FONTES COM MAIOR POTENCIAL DE CRESCIMENTO
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Ciclo a vapor com turbinas de contrapressão: Ciclo a vapor com turbinas de contrapressão: o material orgânico é o material orgânico é
queimado em uma caldeiraqueimado em uma caldeira�� energia térmica (vapor) energia térmica (vapor) �� turbina turbina �� energia energia
mecânicamecânica�� gerador gerador ��eenergia elétricanergia elétrica
Ao fim do processoAo fim do processo�� vapor atende à necessidades vapor atende à necessidades
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térmicas do processo produtivo: térmicas do processo produtivo:
COCO--GERAÇÃO DE ENERGIAGERAÇÃO DE ENERGIA
Ciclo combinado integrado à gaseificação da biomass a: Ciclo combinado integrado à gaseificação da biomass a: biomassa biomassa
gaseificada (BIOGÁS) é usado em uma usina termelétricagaseificada (BIOGÁS) é usado em uma usina termelétrica
Gaseificação: conversão da biomassa em gás energético Gaseificação: conversão da biomassa em gás energético
por meio da oxidação parcial em temperatura elevada. por meio da oxidação parcial em temperatura elevada.
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•• 252 usinas252 usinas �������� bagaço de cana (4.000 MW)bagaço de cana (4.000 MW)
�� BRASIL: 302 termelétricas (5.700 MW de potência in stalada total)BRASIL: 302 termelétricas (5.700 MW de potência in stalada total)(ANEEL, 2008)(ANEEL, 2008)
•• 27 usinas27 usinas �������� madeira (232 MW)madeira (232 MW)
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•• 27 usinas27 usinas �������� madeira (232 MW)madeira (232 MW)
•• 13 usinas13 usinas �������� licor negro: resíduo da celulose (944 MW)licor negro: resíduo da celulose (944 MW)
•• 4 usinas4 usinas �������� casca de arroz (21 MW)casca de arroz (21 MW)
•• 3 usinas3 usinas �������� biogás (45 MW)biogás (45 MW)
�������� Todas de pequeno porte: potência instalada de até 6 0 MWTodas de pequeno porte: potência instalada de até 6 0 MW
Fontes Renováveis de Energia Elétrica Fontes Renováveis de Energia Elétrica -- Biomassa Biomassa --
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PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS (biomassa de origem florestal e agrícola) :
- NEGATIVO: risco de formação de monoculturas e competição de uso de solo com produção de alimentos-POSITIVO: ���� BALANÇO DE GASES DE EFEITO ESTUFA PRÓXIMO DE ZERO
Fontes Renováveis de Energia Elétrica Fontes Renováveis de Energia Elétrica -- Solar Solar --
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�� Dois sistemas:Dois sistemas:-- heliotérmico heliotérmico �������� irradiação solar é convertida em calor que é irradiação solar é convertida em calor que é
utilizado em usinas termelétricasutilizado em usinas termelétricas-- fotovoltaico (PV) fotovoltaico (PV) �������� painel de material semicondutor (geralmente o painel de material semicondutor (geralmente o
silício)silício)
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Participação pouco expressiva na matriz energética, porém seu uso Participação pouco expressiva na matriz energética, porém seu uso vem aumentandovem aumentando �������� custo tende a diminuir custo tende a diminuir
Fontes Renováveis de Energia Elétrica Fontes Renováveis de Energia Elétrica -- Eólica Eólica --
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�� Obtida da energia cinética gerada Obtida da energia cinética gerada pela migração das massas de arpela migração das massas de ar ��������
pás giram pás giram �������� energia mecânica energia mecânica aciona o rotoraciona o rotor �������� energia elétricaenergia elétrica
�� Altura das torres pode superar 100 mAltura das torres pode superar 100 m
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�� Altura das torres pode superar 100 mAltura das torres pode superar 100 m
�� BRASIL: Potencial eólico de BRASIL: Potencial eólico de 143.000 MW143.000 MW
-- atualmente: 602 MW de atualmente: 602 MW de potência instalada total potência instalada total
Fontes Renováveis de Energia Elétrica Fontes Renováveis de Energia Elétrica -- Eólica Eólica --
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Potencial eólico brasileiro
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EPE, 2007
Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Gás Natural Gás Natural --
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�� Usinas termelétricas:Usinas termelétricas: usado exclusivamente para gera ção de energia usado exclusivamente para geração de energia
elétrica ou para coelétrica ou para co--geração de energia (elétrica e térmica) geração de energia (elétrica e térmica)
�� Composição básica: hidrocarbonetos voláteis e de ba ixa densidade Composição básica: hidrocarbonetos voláteis e de ba ixa densidade
((metanometano , etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio , água, , etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio , água,
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((metanometano , etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio , água, , etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio , água,
ácido clorídrico, metanol e outros)ácido clorídrico, metanol e outros)
•• É inodoro e mais leve que o arÉ inodoro e mais leve que o ar �������� deve ser odorizado para segurançadeve ser odorizado para segurança
�� Maiores reservas brasileiras: RJ e ESMaiores reservas brasileiras: RJ e ES
�� BRASIL: 85 usinas termelétricas (UTE) BRASIL: 85 usinas termelétricas (UTE) �������� potência total instalada de potência total instalada de
11.000 MW11.000 MW
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Energia Elétrica Energia Elétrica -- Gás Natural Gás Natural --
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PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS
- NEGATIVO: emissão de poluentes atmosféricos���� principalmente o NOx (maior que caldeiras a
óleo ou carvão)
-POSITIVO: ���� baixa emissão de SOx
Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Derivados de Petróleo Derivados de Petróleo --
�� Aplicação: Usinas termelétricasAplicação: Usinas termelétricaspara geração de energia elétrica para geração de energia elétrica (o vapor gerado é condensado (o vapor gerado é condensado e redirecionado para as e redirecionado para as caldeiras)caldeiras)
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caldeiras)caldeiras)
�� Composição básica: Composição básica: hidrocarbonetos, enxofre, hidrocarbonetos, enxofre, nitrogênionitrogênio•• Quanto mais denso o óleo Quanto mais denso o óleo
combustível maior o combustível maior o potencial de emissões potencial de emissões atmosféricasatmosféricas
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Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Derivados de Petróleo Derivados de Petróleo --
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Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Derivados de Petróleo Derivados de Petróleo --
�� BRASIL: UTE a derivado de petróleo (óleo diesel, BRASIL: UTE a derivado de petróleo (óleo diesel,
óleo combustível e gás de refinaria) tem função de óleo combustível e gás de refinaria) tem função de
geração complementar de energiageração complementar de energia �������� participação participação
pequena na matriz energéticapequena na matriz energética
•• 626 usinas termelétricas (UTE) 626 usinas termelétricas (UTE) �������� potência total potência total
instalada de instalada de 3.100 MW3.100 MW
PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS
- NEGATIVOS: emissão de poluentes atmosféricos
���� gases de efeito estufa
���� alta emissão de SOx (menor que caldeiras a carvão e maior que a gás natural)
Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Nuclear Nuclear --
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�� Aplicação: Usinas termonuclearesAplicação: Usinas termonucleares
�� Combustível utilizado: urânio comercializado sob a fo rma de Combustível utilizado: urânio comercializado sob a fo rma de yellowcakeyellowcake (espécie de sal amarelo, o U(espécie de sal amarelo, o U 33OO88))
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�� BRASIL: BRASIL: •• Angra I: potência instalada de 657 MW (operação des de 1985) Angra I: potência instalada de 657 MW (operação des de 1985) •• Angra II: potência instalada de 1.350 MW (operação desde 2000)Angra II: potência instalada de 1.350 MW (operação desde 2000)•• Angra III: potência de 1.350 MW (previsãoAngra III: potência de 1.350 MW (previsão �������� 2014)2014)
Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Nuclear Nuclear --
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PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS
- NEGATIVO: geração de lixo radioativo
-POSITIVO: não emite gases poluentes para a atmosfera
O acidente de Chernobyl (1986 O acidente de Chernobyl (1986 -- Ucrânia)Ucrânia)Visão do reator 4Visão do reator 4
Falha humana: desligamento do
sistema automático de segurança para testes na parte
elétrica com operação do
reator em baixa potência
O acidente de Fukushima (2011 O acidente de Fukushima (2011 -- Japão)Japão)
�3 isótopos de plutônio no solo
�Água do mar: altos índices de radioatividade
� Iodo radioativo (baixas
concentrações) detectados na
EuropaJornal O Globo, 23/03/2011
Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Elétrica Renováveis de Energia Elétrica -- Carvão Mineral Carvão Mineral --
�� Maior aplicaçãoMaior aplicação �������� usinas termelétricasusinas termelétricas
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Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Energia Renováveis de Energia Elétrica Elétrica
-- Carvão Mineral Carvão Mineral --�� Maiores jazidas: RS e SCMaiores jazidas: RS e SC
�� Reservas conhecidas: potencial estimado de 17.000 M WReservas conhecidas: potencial estimado de 17.000 M W
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Fontes NãoFontes Não --Renováveis de Renováveis de
Energia Energia Elétrica Elétrica -- Carvão Carvão Mineral Mineral --
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PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS
- NEGATIVO: Alto impacto ambientalAlto impacto ambiental
�������� Mineração (extração do carvão)Mineração (extração do carvão)
�������� Alta emissão de gases (principalmente o SOx) e Alta emissão de gases (principalmente o SOx) e partículas provenientes da sua queima partículas provenientes da sua queima
