ENERGIA E MEIO AMBIENTE - Tradução da 4ª ed. norte-americana

Outras obras

DINÂMICAArthur P. Boresi e Richard J. Schmidt

ESTÁTICAArthur P. Boresi e Richard J. Schmidt

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA GEOTÉCNICABraja M. Das

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA MECÂNICAJonathan Wickert

MECÂNICA DOS MATERIAISJames M. Gere

PRINCÍPIOS DE FÍSICA – VOLUMES 1, 2, 3 e 4Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.

PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALORFrank Kreith e Mark S. Bohn

PROBABILIDADE E ESTATÍSTICA PARA ENGENHARIA E CIÊNCIASJay L. Devore

QUÍMICA GERAL APLICADA À ENGENHARIALawrence S. Brown e �omas A. Holme

Energia e meio ambiente, tradução da 4ª edição norte-americana, é um livro que enfatiza os princípios físicos por trás do uso da energia e seus efeitos sobre nosso ambiente. Aborda a desregulação e o aumento da competição no setor de geração de energia, o aumento dos preços do petróleo e o crescente compromisso global com as fontes de energia renováveis. Ao examinar os diferentes aspectos de cada recurso energético, inclui os princípios envolvidos e as consequências ambientais e econômicas do seu uso, e enfatiza o impacto ambiental do consumo de combustíveis fósseis, a poluição atmosférica e o aquecimento global.

Esta edição inovadora traz artigos que discutem a questão energética no Brasil. São discutidos os padrões de uso da energia no Brasil, a conservação, a energia de combustíveis fósseis, a energia solar, as fontes renováveis de energia e a energia nuclear entre outros importantes temas. Trata-se de uma obra de referência para estudantes e profissionais das várias áreas da engenha-ria e das ciências exatas.

AplicaçõesCursos de graduação nas áreas relacionadas à geração, distribuição e consumo de energia: Engenharia Elétrica, Engenharia Mecânica, Engenharia Ambiental, Química e Física. Livro-texto para as disciplinas planejamento energético, geração, distribuição e consumo de energia elétrica, controle e redução da poluição causada pela geração e consumo de energia, e fontes alternativas de energia.

ENERG

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E MEIO AMBIENTE

ROGER A. HINRICHSMERLIN KLEINBACH

LINEU BELICO DOS REIS

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Tradução da 4ª edição norte-americana

ENERGIA E MEIO AMBIENTETradução da 4ª edição norte-americana

Inclui artigos que discutem a questão energética no Brasil

Energia e Meio Ambiente

Cap_ iniciais.indd 1 20/1/2010 16:19:17

Tradução da 4a edição norte-americana

Tradução TécnicaLineu Belico dos Reis (4a edição)

Engenheiro eletricista e doutor em Engenharia Elétrica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Flávio Maron Vichi (3ª edição)Doutor em Química pela Unicamp, pós-doutorado pela University of Wisconsin – Madison (EUA)

e professor doutor do Instituto de Química da USP

Leonardo Freire de Mello (3ª edição)Engenheiro agrônomo pela Universidade Federal de Lavras, mestre em Planejamento Ambiental e doutorando em Demografia – População e Meio Ambiente pela Unicamp

Austrália Brasil Japão Coreia México Cingapura Espanha Reino Unido Estados Unidos

Roger A. Hinrichs Merlin KleinbachUniservidade de Nova York, Oswego

Lineu Belico dos ReisUniversidade de São Paulo

Energia e Meio Ambiente


Introdução à quArtA EdIção

Energia e meio ambiente é um livro introdutório que enfatiza os princípios físicos relacionados à energia e seus efeitos em nosso ambiente. Ele pode ser utilizado em cursos de física, tecnologia, ciências físicas e ciências ambientais destinados a lí-deres que atuam em áreas não relacionadas a ciências. Não é necessário ter qualquer pré-requisito em matemática ou outra ciência. Grande parte da pedagogia aplicada aqui tem origem em um curso geral de educação, com duração de um semestre, que um de nós (R. H.) tem ministrado na State University de New York, Faculdade de Oswego, durante os últimos 25 anos. Nós dois estivemos envolvidos na realização de workshops na área de educação sobre energia para professores de ciência e tecnolo-gia da escola secundária do estado de Nova York, nos últimos 20 anos.

Para esta quarta edição, todos os dados sobre recursos de energia, usos de energia e tecnologias de energia foram atualizados. No período decorrido desde a terceira edição, observamos o preço do petróleo atingir o maior valor já registrado e vimos um rápido crescimento no uso da energia pela China e pela Índia. A preocupação referente à grande dependência que o setor de transportes dos Estados Unidos tem em relação ao petróleo importado continua a crescer. Será que em breve atingiremos o pico da produção mundial de petróleo? Uma economia com base no hidrogênio e células a combustível parece estar próxima, mas existem muitos obstáculos no ca-minho. O mundo também está percebendo um interesse cada vez maior na energia renovável. O uso da energia eólica aumentou entre 25% e 30% ao ano, embora as energias renováveis respondam atualmente por somente cerca de 6% do uso total de energia nos Estados Unidos (e no mundo). Essas tendências são examinadas ao longo de todo este livro.

Continuamos a enfatizar o impacto ambiental do consumo de combustíveis fósseis, em parte, destinando capítulos a material sobre o uso de combustível fóssil, poluição do ar e aquecimento global, no início deste livro. Em virtude das preo-cupações ambientais, especialmente quanto ao aquecimento global, o possível res-surgimento da energia nuclear é discutido nos capítulos finais. A interdependência das economias e dos ambientes mundiais, principalmente no que se refere à ener-gia, nos levou a acrescentar mais exemplos, abordando o uso da energia em outros países, tanto nos industrializados como nos que estão em desenvolvimento. Nesta edição, incluímos a questão “Como você escolheria?”, no começo de cada capítulo,

PrEFÁCIo


VI EnErgIA E MEIo AMbIEntE

que propõe aos leitores desenvolverem suas próprias opiniões sobre uma questão específica relacionada à energia. Esta questão (Como você escolheria?) é revisitada ao final do capítulo e o leitor é solicitado a responder se o conteúdo aprendido modificou seu conceito sobre a mesma.

objEtIvos dEstE lIvro

Como o assunto energia é multifacetado, este livro tem diversos propósitos. O pri-meiro e mais importante é que o livro procura explicar os princípios físicos básicos relacionados ao uso da energia, incluindo o estudo da mecânica, da eletricidade e do magnetismo, da termodinâmica e da física atômica e nuclear. Ao mesmo tempo, ele aborda questões ambientais cruciais que, atualmente, estão recebendo muita atenção pública, tais como aquecimento global, lixo radioativo e resíduos sólidos nos municípios. O melhor meio de compreender as consequências das alternativas energéticas atuais e futuras, assim como o equilíbrio ambiental, social e econômico que precisa ser atingido, é entender os princípios científicos envolvidos.

Esses princípios são apresentados com uma quantidade mínima de material de matemática e com a ajuda de exemplos do dia a dia. Cada capítulo traz um conjunto de problemas (principalmente, não relacionados à matemática) que visam enfatizar os princípios e aplicá-los a situações referentes à energia e ao ambiente. Também estão incluídos muitos dos tópicos padrão encontrados nos livros introdutórios à física. Como consequência, este livro pode ser utilizado como texto básico de um curso de física conceitual tendo a energia como o tema central, como tem sido a nossa prática.

Em segundo lugar, o livro examina diferentes aspectos de cada fonte de energia, incluindo os princípios envolvidos e as consequências ambientais e econômicas de seu uso. A energia renovável é abordada no início, depois da transferência de calor, e praticamente tudo, desde sistemas de aquecimento solar a dispositivos fotovoltai-cos e geradores eólicos, é analisado.

Os princípios da energia nuclear e o debate sobre o descarte de lixo radioativo são analisados detalhadamente. No centro da maioria dos esquemas de conversão de energia estão as máquinas térmicas, por isso, os princípios gerais desta área são desenvolvidos no começo do livro (Capítulo 4). Os aspectos ambientais da geração e do uso da eletricidade são outro tema básico. A poluição do ar e o aquecimento global também são tratados no início, em capítulos separados, assim como alguns meios pelos quais seu impacto pode ser controlado ou diminuído.

Em terceiro lugar, o livro procura integrar as complexas questões relativas à política de energia e a possíveis estratégias de energia. Não existem respostas simples ou alter-nativas únicas que possam atender a todas as nossas necessidades referentes à energia, a preservar nossa prosperidade econômica e a proteger nosso meio ambiente.


PrEFÁCIo VII

São apresentadas questões (muitas delas, não respondidas) ao longo de todo este livro, com o objetivo de incentivar os leitores a pensarem à frente, de modo crítico, e talvez até mesmo começarem a desenvolver suas próprias soluções. As novas questões “Como você escolheria?”, no começo de cada capítulo, encorajam uma abordagem mais crítica. O importante tema da conservação da energia é enfatizado com exemplos em todo o livro, em vez de em um capítulo separado, porque o uso eficiente da energia deve ser motivo da maior preocupação em cada área — da mecânica da energia à transferência de calor e ao uso da eletricidade. São fornecidas sugestões práticas, as quais esperamos que façam os leitores ava-liarem, de modo mais efetivo, seu papel no uso mais eficiente da energia.

Muitos livros abordam o tema da energia, mas poucos procuram ensinar prin-cípios gerais da física e falar das muitas alternativas de fornecimento e de conser-vação de energia.

Esses temas são apresentados de tal forma que apelam ao crescente público de líderes que atuam em áreas não relacionadas a ciências, assim como fornecem infor-mações relevantes aos que estão interessados em ciências e em engenharia.

AbordAgEM

Embora o material neste livro esteja organizado de modo a seguir uma sequência tradicional, apresentada em um curso de física, tentamos ordenar os tópicos para que atendessem aos interesses atuais dos estudantes. O aquecimento solar é abor-dado no começo (Capítulo 6), mas somente após os conceitos de transferência de calor (Capítulo 4) e de conservação de energia residencial (Capítulo 5) serem discutidos. Os capítulos 8 e 9 se referem aos aspectos ambientais do uso da energia, tais como poluição do ar (a partir de fontes estacionárias e móveis), aquecimento global e poluição térmica. Esses tópicos vêm depois do Capítulo 7, sobre combus-tíveis fósseis. A física da exploração e da recuperação de petróleo é abordada no Capítulo 7, como um tópico especial.

A energia fotovoltaica e também a área de energia eólica, atualmente em rápido crescimento, são apresentadas nos capítulos 10 e 11, sobre produção de energia elé-trica. Novas tecnologias automotivas incorporando células a combustível e veículos híbridos e elétricos são discutidas nestes dois capítulos. A fissão nuclear é o assunto do Capítulo 14, diretamente após um capítulo sobre os fundamentos da física atô-mica e nuclear. O Capítulo 17 fala sobre o abrangente tópico da biomassa, desde a combustão de madeira até o tema dos resíduos sólidos em municípios, e também a produção de combustíveis de álcool a partir do milho.


VIII EnErgIA E MEIo AMbIEntE

rECursos

Muitos recursos neste livro foram elaborados para incentivar os estudantes a compreenderem o papel fundamental da energia em nossa sociedade e as impli-cações que derivam de seu próprio consumo de energia. O livro foi projetado para tornar a física e suas aplicações relevantes e interessantes para líderes que atuam em áreas não relacionadas a ciências. A seguir, uma descrição desses recursos:

NOVO! As questões da seção “Como você escolheria?” iniciam cada capítulo descrevendo uma situação do mundo real na qual se pede ao leitor para que tome uma decisão que utiliza os conceitos apresentados no capítulo. Essa questão é re-visitada no final de cada capítulo, com a finalidade de examinar como a aplicação da ciência ali aprendida afeta a decisão que foi tomada.

• Atividades são experimentos interativos que os estudantes podem realizar em suas casas ou em seus quartos, utilizando itens comuns. Essas atividades ofere-cem oportunidades para reforçar experimentalmente o material abordado; elas são integradas aos capítulos e estão no final de cada um deles. Alguns exemplos são a construção de um modelo simples, utilizando uma caixa de sapatos, para examinar o aquecimento solar; um experimento que visa estudar a transferência de calor a partir de latas de refrigerante isoladas, e a investigação de partículas atmosféricas. Todas as atividades foram testadas, muitas delas, em workshops realizados no verão, que nós dirigimos e que foram direcionados a professores de ciência e tecnologia da escola secundária.

• O uso residencial da energia, que é enfatizado por meio de muitos exemplos relevantes para os lares. A análise das perdas de calor nas residências e os meios para reduzi-las são abordados no Capítulo 5. Novas alternativas de iluminação eficientes são abordadas no Capítulo 10, sobre eletricidade.

• Perspectivas internacionais sobre energia, que são enfatizadas em todo o livro. Embora o livro tenha como foco principal o uso de energia nos Estados Unidos, somos parte de uma aldeia global interdependente. Como bem sabe-mos, eventos políticos em outras partes do mundo podem ter efeitos importan-tes na própria economia norte-americana. Também dedicamos atenção àquelas pessoas que vivem nos países em desenvolvimento, onde a energia representa um papel vital. Os quadros “Foco em”, que destacam aplicações interessantes ou fatos incomuns sobre energia, ajudam nesta área. Nós, os autores, temos muitos anos de experiência trabalhando em países em desenvolvimento (Etió-pia, Quênia, Omã).


PrEFÁCIo IX

oPçõEs dE EnsIno

Em virtude das muitas facetas do uso da energia e do nosso ambiente, algumas seções e alguns capítulos deste livro poderão ser deixados de lado, sem que isso represente qualquer perda de continuidade, no caso de um curso abreviado. Por exemplo, a seção sobre máquinas térmicas, no Capítulo 4, poderá ser excluída (es-pecialmente, no caso de líderes que atuam em áreas não relacionadas a ciências); o princípio de eficiência, de Carnot, poderá ser abordado posteriormente, como parte do Capítulo 9, que trata da poluição térmica. Para compor um curso mais resumido, você pode “pular” o Capítulo 15, sobre os efeitos biológicos da radiação, e o Capítulo 16, sobre fusão, e, em seu lugar, se concentrar no tema da conversão de biomassa, no Capítulo 17. Embora os capítulos 7 e 8 forneçam algum conheci-mento de física relacionado a fluidos e à tecnologia de exploração de petróleo, eles podem ser ignorados, se o curso for planejado para diminuir a abordagem sobre alguns dos aspectos ambientais do uso da energia. O estilo de redação sem um enfoque técnico permite ao instrutor destinar seções, em cada capítulo, como uma leitura auxiliar, o que possibilita abranger maior conteúdo do livro, em comparação ao que poderia ser abordado somente em discussões realizadas em classe. Os au-tores descobriram que a importância do assunto energia pode se tornar ainda mais relevante se levarem para as aulas artigos de jornais locais ou nacionais que trazem discussões sobre energia.


AgrAdECIMEntos

Para produzir um bom livro, dependemos dos comentários e das sugestões daqueles que ministram o curso nos Estados Unidos. Suas contribuições são de grande ajuda na criação e na revisão deste livro. Agradecemos a Richard W. Fox, da Chicago State University; Daniel Holland, da Illinois State University; Nebil Misconi, da University of Central Florida; e a Sunil Somalwar, da Rutgers University, por seus comentários sobre a terceira edição e por suas sugestões para o desenvolvimento da nova edição.

Também agradecemos a James Boyle, da Western Connecticut State Universi-ty; John Oughton, da Century College; David Ruzic, da University of Illinois, em Champaign-Urbana; Patrícia Terry, da University of Wisconsin, em Green Bay, por sua ajuda na revisão dos rascunhos dos capítulos da quarta edição.

Além disso, somos gratos pelos comentários sobre as edições anteriores, feitos por Patrick Gleeson (da Delaware State University), Daryl Prigmore (da University of Colorado, em Colorado Springs), Terry Carlton (da Oberlin College), Laurent Hodges (da Iowa State University), Jack Pinnix, (da Chicago State University), Robert Poel (da Western Michigan University), Don Reeder (da University of Wis-consin, em Madison), Karin Shen (da Vanderbilt University), David Appenbrink (da University of Chicago), Joseph Katz (da Johns Hopkins University), Philip Krasicky (Hamilton College), Wesley Lingren (da Seattle Pacific University), Rob-ert Poel (da Western Michigan University), Ljubisa R. Radovic (da Pennsylvania State University), Peter Schroeder (da Michigan State University), Carl Voiles (da Michigan State University), Thomas Weber (da Iowa State University).

Na Brook/Cole Publishing, agradecemos pelo encorajamento e pelo aconse-lhamento profissional de Chris Hall, editor de física; Peter McGahey, editor de desenvolvimento, e Teri Hyde, gerente de projeto, no setor de Produção Editorial.

Roger Hinrichs e Merlin KleinbachDoha, Qatar, e Oswego, Nova York

Outubro de 2005


Introdução à EdIção brAsIlEIrA

O principal motivo de meu envolvimento na elaboração da edição brasileira desta quarta edição do livro Energia e meio ambiente foi que seus autores perseguem obje-tivos comuns aos que têm orientado meus passos profissionais nesta área.

Além disso, a experiência acumulada ao longo dos anos, nos trabalhos técnicos, nos diversos tipos de cursos multidisciplinares que tenho ministrado e nos livros e publicações, também me leva a enfatizar a importância primordial da divulgação das importantes questões atuais relacionadas à energia, meio ambiente e sustenta-bilidade, em forma de fácil entendimento aos profissionais não especializados nos assuntos e que se oriente a desenvolver um espírito crítico e criativo.

Fui motivado também, a partir da visão integrada e abrangente que temas tão importantes requerem, pela sinergia e pela complementaridade entre o conteúdo deste livro e minhas atividades. Minha experiência tem demonstrado que as mu-danças de postura e as modificações necessárias para a construção de um modelo sustentável de desenvolvimento requerem ações ao mesmo tempo participativas e integradas que estão a solicitar maiores intercâmbios e debates, o que também está contido nos objetivos dos autores do livro.

Do ponto de vista prático, meu envolvimento nesta edição apresenta duas ver-tentes principais: uma relacionada com a revisão da edição anterior e tradução do material acrescentado à mesma e outra relacionada com a inserção de conteúdo referente ao cenário brasileiro atual a respeito dos tópicos enfocados.

Este conteúdo foi por mim incluído por meio dos tópicos denominados “Com o Foco no Brasil”, nos quais são apresentados os aspectos mais significativos no cenário nacional relacionados com o tema tratado nos capítulos do livro. Tópicos que foram inseridos na maioria dos capítulos do livro, mas não em todos, uma vez que alguns enfocam conceitos básicos, de aplicação geral.

Considero importante ressaltar aqui que os tópicos “Com o Foco no Brasil” foram elaborados principalmente com fins de informação e orientação, dada a abrangência dos temas, que poderia justificar a edição de diversas obras especí-ficas. A ideia básica foi encaminhar o leitor a uma visualização do assunto em questão no cenário brasileiro, com informações que permitam seu aprofunda-mento no assunto e sua atualização com relação às alterações próprias da dinâ-mica energética. Neste sentido são também sugeridas referências básicas comple-mentares para leitura e sites da Internet voltados ao acompanhamento e à coleta de dados sobre os temas abordados.


XIV EnErgIA E MEIo AMbIEntE

Com isso, espero ter dado uma contribuição positiva à transposição de di-versos temas importantes do livro para a realidade brasileira, o que certamente resultará em maior consciência em relação aos aspectos globais referentes à energia e ao meio ambiente, ao mesmo tempo em que ressaltará a importância de soluções criativas e locais no contexto da busca de um modelo sustentável de desenvolvimento.

Lineu Belico dos ReisSão Paulo

Janeiro de 2010


suMÁrIo

CAPítulo 1

Introdução ......................................................................................................1

A. Energia: uma definição Inicial ................................................................... 1

B. uso da Energia e Ambiente ........................................................................4

C. Padrões de uso de Energia .........................................................................7

D. recursos Energéticos ................................................................................13

E. Crescimento Exponencial e Esgotamento dos recursos ............................18

F. Petróleo: um recurso Crítico ....................................................................20

G. Conservação de Energia ...........................................................................25

H. Considerações Econômicas e Ambientais .................................................27

I. Cenários Futuros ......................................................................................30

CAPítulo 2

MECânICA dA EnErgIA .................................................................................... 45

A. Introdução ...............................................................................................45

B. Formas de Energia e suas Conversões .......................................................46

C. Movimento ..............................................................................................51

D. Energia e trabalho ....................................................................................58

E. Exemplos de trabalho e Energia ...............................................................60

F. Potência ...................................................................................................62

G. resumo ....................................................................................................66

CAPítulo 3

ConsErvAção dE EnErgIA ............................................................................ 85

A. Introdução ...............................................................................................85

B. Princípio da Conservação de Energia .......................................................86

C. Exemplos de Conversão de Energia ..........................................................89

D. Eficiências na Conversão de Energia ........................................................91

E. uso da Energia nos Países em desenvolvimento ......................................94


XVI EnErgIA E MEIo AMbIEntE

F. um barril, uma Caloria, um btu? Equivalência de Energia .......................99

G. resumo ..................................................................................................100

CAPítulo 4

CAlor E trAbAlho ........................................................................................ 113

A. Introdução .............................................................................................113

B. Calor e trabalho e a Primeira lei da termodinâmica ..............................114

C. temperatura e Calor ...............................................................................117

D. Princípios de transferência de Calor ......................................................122

E. Máquinas térmicas ...............................................................................132

F. A segunda lei da termodinâmica ..........................................................136

G. resumo ..................................................................................................141

CAPítulo 5 ConsErvAção dE EnErgIA rEsIdEnCIAl E ControlE dE

trAnsFErênCIA dE CAlor ............................................................................147

A. Introdução .............................................................................................147

B. Materiais de Construção ........................................................................148

C. Isolamento da Casa e Cálculos de Aquecimento ....................................150

D. seleção de local ....................................................................................160

E. Impacto das Medidas de Conservação de Energia ....................................161

F. resfriamento ..........................................................................................162

G. Condicionadores de Ar e bombas de Calor ............................................166

H. resumo ..................................................................................................171

CAPítulo 6

EnErgIA solAr: CArACtErístICAs E AquECIMEnto ................................. 179

A. Introdução .............................................................................................179

B. Características da radiação solar Incidente ...........................................182

C. história do Aquecimento solar ..............................................................189

D. visão geral do Aquecimento solar Contemporâneo ..............................196

E. Água quente solar residencial ..............................................................198

F. sistemas solares Passivos de Aquecimento de Ambientes .......................204

G. sistemas solares Ativos de Aquecimento de Ambientes ..........................210

H. Armazenamento de Energia térmica ......................................................215

I. resumo ..................................................................................................216


suMÁrIo XVII

CAPítulo 7

EnErgIA dE CoMbustívEIs FóssEIs ............................................................. 235

A. Introdução .............................................................................................235

B. terminologia dos recursos .....................................................................236

C. Petróleo .................................................................................................239

D. gás natural ...........................................................................................251

E. Carvão: um Papel em Expansão .............................................................254

F. Fontes Futuras de Petróleo ......................................................................261

G. resumo ..................................................................................................262

CAPítulo 8

PoluIção do Ar E uso dE EnErgIA .......................................................... 279

A. Introdução .............................................................................................279

B. Propriedades e Movimento da Atmosfera ...............................................281

C. Poluentes do Ar e suas Fontes ................................................................288

D. Padrões de qualidade do Ar...................................................................304

E. dispositivos de Controle de Emissão em Automóveis .............................310

F. sistemas de Controle de Poluição de Fontes Estacionárias ......................313

G. resumo ..................................................................................................320

CAPítulo 9

AquECIMEnto globAl, dEstruIção dA CAMAdA dE ozônIo E

rEsíduos dE CAlor ......................................................................................327

A. Introdução .............................................................................................327

B. Aquecimento global e Efeito Estufa .......................................................328

C. destruição da Camada de ozônio .........................................................342

D. Poluição térmica ....................................................................................347

E. Efeitos Ecológicos da Poluição térmica .................................................348

F. torres e lagoas de resfriamento ............................................................353

G. usando os resíduos de Calor .................................................................355

H. resumo ..................................................................................................357

CAPítulo 10

ElEtrICIdAdE: CIrCuItos E suPErCondutorEs ....................................... 363

A. Introdução à “Eletrificação” ...................................................................363

B. reestruturação das Companhias de Energia Elétrica ...............................365


XVIII EnErgIA E MEIo AMbIEntE

C. Cargas e Correntes Elétricas ...................................................................369

D. baterias e veículos Elétricos ...................................................................372

E. A lei de ohm ........................................................................................377

F. supercondutividade ...............................................................................380

G. Circuitos Elementares .............................................................................383

H. Potência Elétrica ....................................................................................385

I. Avaliando o Custo do uso da Energia Elétrica ........................................388

J. Células de Combustível ..........................................................................393

K. resumo ..................................................................................................399

CAPítulo 11

ElEtroMAgnEtIsMo E gErAção dE ElEtrICIdAdE................................... 409

A. Magnetismo ...........................................................................................410

B. A geração de Eletricidade .....................................................................417

C. transmissão de Energia Elétrica .............................................................420

D. o Ciclo vapor ‑Elétrico Padrão em uma usina geradora .........................429

E. Cogeração .............................................................................................432

F. resumo ..................................................................................................435

CAPítulo 12

ElEtrICIdAdE dE FontEs solArEs, EólICAs E hídrICAs .......................... 441

A. Introdução .............................................................................................441

B. Princípios das Células solares ................................................................444

C. Manufatura das Células ..........................................................................447

D. Economia e sistemas Fotovoltaicos ........................................................449

E. Energia Eólica ........................................................................................455

F. Energia hidráulica .................................................................................469

G. Instalações Elétricas termossolares .........................................................475

H. resumo ..................................................................................................477

CAPítulo 13

os bloCos dE Construção dA MAtérIA: o ÁtoMo E sEu núClEo .... 489

A. hipótese Atômica ..................................................................................490

B. os Componentes do Átomo ...................................................................491

C. níveis de Energia ...................................................................................496

D. Estrutura nuclear ...................................................................................498


suMÁrIo XIX

E. radioatividade .......................................................................................499

F. Cola nuclear, ou Energia de Interação nuclear Forte .............................503

G. A Alegria dos Choques nucleares, ou reações nucleares ......................506

H. Fissão .....................................................................................................509

I. resumo ..................................................................................................510

CAPítulo 14

EnErgIA nuClEAr: FIssão ............................................................................ 515

A. Introdução .............................................................................................515

B. reações em Cadeia ................................................................................521

C. Montagem de um reator nuclear ..........................................................524

D. tipos de reatores a Água leve ...............................................................528

E. o Ciclo do Combustível nuclear ...........................................................528

F. resíduos radioativos .............................................................................535

G. desativação ...........................................................................................544

H. liberações de radioatividade .................................................................545

I. Avaliação de Probabilidade de risco e segurança nuclear ....................555

J. Projetos Alternativos de reatores............................................................559

K. Proliferação nuclear ..............................................................................563

L. resumo Ambiental e Econômico da Energia nuclear .............................565

M. resumo ..................................................................................................569

CAPítulo 15

EFEItos E usos dA rAdIAção ...................................................................... 575

A. Introdução .............................................................................................575

B. dose de radiação ..................................................................................576

C. Efeitos biológicos da radiação ...............................................................578

D. radiação de Fundo, Incluindo radônio .................................................582

E. Padrões de radiação ..............................................................................587

F. usos Médicos e Industriais da radiação ................................................589

G. Proteção contra a radiação ...................................................................596

H. resumo ..................................................................................................598

CAPítulo 16

AltErnAtIvAs FuturAs dE EnErgIA: Fusão .............................................. 607

A. o Potencial da Energia de Fusão ............................................................607


XX EnErgIA E MEIo AMbIEntE

B. Energia das Estrelas: o Processo de Fusão ...............................................608

C. Condições para a Fusão .........................................................................610

D. reatores de Fusão de Confinamento Magnético .....................................611

E. Fusão Induzida por laser .......................................................................614

F. Fusão a Frio ...........................................................................................618

G. resumo e Perspectivas para a Fusão .......................................................620

CAPítulo 17

bIoMAssA: dAs PlAntAs Ao lIxo ................................................................ 623

A. Introdução .............................................................................................623

B. Conversão de biomassa .........................................................................624

C. Alimento, Combustível, Fome ................................................................633

D. resíduos sólidos Municipais ..................................................................637

E. Combustão de Madeira ..........................................................................644

F. resumo ..................................................................................................652

CAPítulo 18

CAnAlIzAndo o CAlor dA tErrA: EnErgIA gEotérMICA ...................... 657

A. Introdução .............................................................................................657

B. origem e natureza da Energia geotérmica ............................................659

C. sistemas hidrotérmicos ..........................................................................661

D. Exploração e recursos geotérmicos.......................................................664

E. recursos geotérmicos de baixa temperatura .........................................667

F. Impactos Ambientais ..............................................................................668

G. resumo ..................................................................................................668

CAPítulo 19

uM CoMProMIsso nACIonAl E PEssoAl .................................................. 671

APêndICE A ................................................................................... 677

APêndICE b ................................................................................... 679

APêndICE C ................................................................................... 681

glossÁrIo ................................................................................... 685

índICE rEMIssIvo ........................................................................ 693


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Outras obras

DINÂMICAArthur P. Boresi e Richard J. Schmidt

ESTÁTICAArthur P. Boresi e Richard J. Schmidt

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA GEOTÉCNICABraja M. Das

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA MECÂNICAJonathan Wickert

MECÂNICA DOS MATERIAISJames M. Gere

PRINCÍPIOS DE FÍSICA – VOLUMES 1, 2, 3 e 4Raymond A. Serway e John W. Jewett, Jr.

PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALORFrank Kreith e Mark S. Bohn

PROBABILIDADE E ESTATÍSTICA PARA ENGENHARIA E CIÊNCIASJay L. Devore

QUÍMICA GERAL APLICADA À ENGENHARIALawrence S. Brown e �omas A. Holme

Energia e meio ambiente, tradução da 4ª edição norte-americana, é um livro que enfatiza os princípios físicos por trás do uso da energia e seus efeitos sobre nosso ambiente. Aborda a desregulação e o aumento da competição no setor de geração de energia, o aumento dos preços do petróleo e o crescente compromisso global com as fontes de energia renováveis. Ao examinar os diferentes aspectos de cada recurso energético, inclui os princípios envolvidos e as consequências ambientais e econômicas do seu uso, e enfatiza o impacto ambiental do consumo de combustíveis fósseis, a poluição atmosférica e o aquecimento global.

Esta edição inovadora traz artigos que discutem a questão energética no Brasil. São discutidos os padrões de uso da energia no Brasil, a conservação, a energia de combustíveis fósseis, a energia solar, as fontes renováveis de energia e a energia nuclear entre outros importantes temas. Trata-se de uma obra de referência para estudantes e profissionais das várias áreas da engenha-ria e das ciências exatas.

AplicaçõesCursos de graduação nas áreas relacionadas à geração, distribuição e consumo de energia: Engenharia Elétrica, Engenharia Mecânica, Engenharia Ambiental, Química e Física. Livro-texto para as disciplinas planejamento energético, geração, distribuição e consumo de energia elétrica, controle e redução da poluição causada pela geração e consumo de energia, e fontes alternativas de energia.

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Tradução da 4ª edição norte-americana

ENERGIA E MEIO AMBIENTETradução da 4ª edição norte-americana

Inclui artigos que discutem a questão energética no Brasil

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ENERGIA E MEIO AMBIENTE - Tradução da 4ª ed. norte-americana