Disciplina: ENERGIA E BIOENERGIA

Energia. Conceito.

Origem e interação entre as fontes e formas de energia.

Conversão de energia. Unidades de energia.

Prof. Dr. Eduardo Di Mauro

Departamento de Física, CCE, UEL.

O QUE É ENERGIA? O sol: fonte primária de energia.

A energia solar é responsável por praticamente todos os processos naturais observáveis no planeta Terra.

Da energia eólica associada a furações à energia térmica no solo dos desertos ardentes, da energia cinética nas águas de um rio caudaloso à energia potencial presente no vapor de água nas nuvens, da energia elétrica em uma tempestade de raios à energia hidrelétrica, da energia fóssil à renovável, da energia que as plantas usam para crescer até a que usamos para viver, todas têm por fonte primária a energia solar.

UNIDADES DE ENERGIA

Unidade Símbolo Equivalência

joule J = 1 N.m = 1 kg.m².s-2

erg (cgs) erg = 10-7 J

hartree (au) Eh ~ 4,359 75 x 10-18 J

rydberg Ry ~ 2,179 87 x 10-18 J

elétron-volt eV ~ 1,602 18 x 10-19 J

caloria termoquímica calth = 4,184 J

caloria internacional calIT = 4,1868 J

caloria a 15 oC calIT ~ 4,1855 J

atmosfera-litro atm-l = 101,325 J

British Thermal Unit Btu = 1055,06 J

Tipos principais de energia • Energia física

Energia hidráulica e mecânica (qualquer esforço para movimentar ou erguer um objeto)

Energia cinética e dinâmica (dos corpos)

• Energia química

Energia da combustão;

Energia de células fotoelétricas e fotovoltaicas;

Energias das reações químicas.

• Energia elétrica

Energia da movimentação de elétrons gerados por campo elétrico.

• Energia atômica

Energia da divisão do átomo – Fissão.

Energia proveniente da fusão dos átomos.

ENERGIA HIDRÁULICA

Primeiro ciclo de transformação:

Energia solar é que produz a energia

hidráulica das quedas d’água, cuja

origem é a conjugação da energia

gravitacional da Terra atuando sobre as

águas e a energia solar incidente sobre as

superfícies líquidas originando os rios, que

represados, tornam-se uma “fonte” de

aproveitamento econômico da energia

hidráulica.

A energia das quedas d’água se

expressa sob a forma de energia

mecânica, que impulsiona as

turbinas hidráulicas das usinas

hidrelétricas, cujo trabalho

disponível aciona os geradores

que geram energia elétrica.

Formas de energia

Primeiras formas de energia:

Esforço muscular (homem e animais), energia eólica (vento) e energia hidráulica (correnteza das águas).

Com a revolução industrial na segunda metade do século XVIII e no século XIX:

Máquinas a vapor; Máquinas movidas a energia elétrica - ELETRICIDADE

Máquina a vapor

Todas as máquinas térmicas

funcionam baseadas no

princípio de que o calor é

uma forma de energia, ou

seja, pode ser utilizado para

produzir trabalho, e seu

funcionamento obedece às

leis da termodinâmica.

A máquina ou motor a vapor

refere-se também a turbina a

vapor, outro tipo de máquina

térmica que explora a pressão do

vapor.

Um motor é um dispositivo que converte

outras formas de energia em energia

mecânica, de forma a impelir movimento a

uma máquina ou veículo. Em contraste,

existem os chamados geradores.

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 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.

Energia eólica

• A energia eólica é a energia cinética transportada pelas massas de ar da atmosfera em movimento, ou seja, pelo vento.

• Uma máquina eólica, por exemplo, um aerogerador, absorve parte da energia cinética do vento através de um rotor aerodinâmico, convertendo-a em potência mecânica de eixo (torque x rotação) a qual é convertida em energia elétrica por meio de um gerador elétrico.

ENERGIA EÓLICA (vento)

Utilização da força de

arraste, que é a

componente da força

exercida pelo vento na

direção do seu movimento.

Esse tipo de aplicação é o

mais antigo, usado por

embarcações primitivas,

como as à vela.

ENERGIA EÓLICA (vento) • A outra maneira é o uso da força

perpendicular ao vento. Conforme a geometria e posição relativa de certas superfícies, a distribuição da pressão resultante do vento gera uma componente de força.

• É o caso das embarcações mais modernas que usam a vela latina, das velas das caravelas, da geometria da asa do avião, dos cataventos e dos aerogeradores.

Um aerogerador é um gerador elétrico integrado

ao eixo de um cata-vento e que converte energia

eólica em energia elétrica.

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

Composição da CÉLULA FOTOELÉTRICA

EFEITO FOTOVOLTAICO http://www.photovoltaique.info/L-effet-photovoltaique.html

ESQUEMA DE CÉLULA FOTOVOLTAICA

CAMPO ELÉTRICO

LÂMPADA FLUORESCENTE

ENERGIA NUCLEAR

FISSÃO NUCLEAR

FUSÃO NUCLEAR

CONVERSÃO DE ENERGIA

São raros os processos na superfície da Terra que não se ligam de alguma forma à energia solar.

Exemplos de conversão de energia:

- energia hidráulica em energia elétrica;

- energia elétrica em energia luminosa (lâmpada);

- energia elétrica em energia sonora (rádio);

- energia elétrica em energia térmica (ferro de passar roupa, chuveiro e outros).

Fluxograma de energias

MUNIZ, Rafael Ninno. Pedagogia da energia.. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 6., 2006, Campinas. Proceedings online... Available from: <http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?

Petróleo e álcool Mundo:

Terras agriculturáveis > 1 bilhão de hectares

Utilizadas para produzir álcool = 10 milhões de hectares

Brasil:

Terras agriculturáveis = 152 milhões de hectares

Terras utilizadas = 62 milhões de hectares

Terras utilizáveis sem desmatamento = 90 milhões de hectares

Terras de pastagens = 177 milhões de hectares

Florestas nativas = 440 milhões de hectares

Terras utilizadas para produção de cana = 7 milhões de hectares

Parte utilizada para produção de álcool = 4 milhões de hectares

Parte utilizada para produção de açúcar = 3 milhões de hectares

Terras utilizadas para produção de soja = 23 milhões de hectares

Álcool:

Produção mundial = 600 mil barris / dia = 35 bilhões de litros/ano

Produção brasileira = 18 bilhões de litros/ano

Petróleo:

Produção mundial = 85 milhões de barris/dia = 5 trilhões de litros/ano

1 barril = 42 galões = 158,9873 litros ≈ 159 litros