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LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL

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LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL. ENERGIA SOLAR. Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli. EDIÇÃO: 2.006. PROPAGAÇÃO DA ENERGIA TÉRMICA. ENERGIA SOLAR CHEGA A TERRA POR. CONDUÇÃO. CONVECÇÃO. RADIAÇÃO. AO NÍVEL MOLECULAR. ONDAS ELETRO-

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Presentation Transcript
slide1

LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL

ENERGIA SOLAR

Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli

EDIÇÃO: 2.006

slide2

PROPAGAÇÃO DA ENERGIA TÉRMICA

ENERGIA SOLAR CHEGA A TERRA POR

CONDUÇÃO

CONVECÇÃO

RADIAÇÃO

AO NÍVEL

MOLECULAR

ONDAS

ELETRO-

MAGNÉTICAS

TRANSLAÇÃO

DE MASSAS

AQUECIDAS

> ENERGIA

> VIBRAÇÃO

> ENERG.CINÉTICA

DIFERENÇA DE

DENSIDADE EM f

DA TEMPERATURA

EMISSÃO

CONTÍNUA DE

ENERGIA

slide3

COMPONENTES DA

RADIAÇÃO SOLAR

NUVENS

REFLETIDA

DIFUSA

DIRETA

SUPERFÍCIE

TERRESTRE

slide4

BALANÇO DE ENEGIA

REFLETIDA

31%

NUVENS E

ATMOSFERA

19% ABSORVIDA

DIRETA

21%

DISPERSA

29%

REFLETIDA

3%

EVAPORAÇÃO,

CONDUÇÃO

PELO AR

INCIDENTE

LÍQUIDA

RADIAÇÃO

TERRESTRE

slide6

COLETOR SOLAR

Sistema Convencional de Aquecimento de Água

1. caixa d’água tradicional

2. reservatório termicamente isolado para aquecimento solar

3. reservatório termicamente isolado para aquecimento auxiliar elétrico

4. resistência elétrica para aquecimento auxiliar

5. coletor solar

6 e 8. misturador de água quente e fria

7. respiro

aquecimento de gua
AQUECIMENTO DE ÁGUA

1. entrada de água da rua

2. regulagem da água quente

3. entrada da água no aquecedor/reservatório

4. saída da água já aquecida

5. entrada de água aquecida no chuveiro

6. entrada de água fria, regulada pelo registro convencional do chuveiro

slide11

EXERCÍCIO:

Determinar área (A) de coletor para fornecer energia térmica para aquecer, por um dia, uma casa quando a carga de calor =20.000 Btu/h e a insolação média diária no coletor (I) = 1.800 Btu/pé2 /dia e sua Eficiência (Ef) é de 50%.

SENDO: Q = I . Ef . A

Q = ENERGIA TÉRMICA NECESSÁRIA/DIA

Q = 20.000 Btu/h . 24 horas = 480.000 Btu/dia

Portanto:

A = 480000 Btu/dia / 900 Btu/pé2 /dia = 533 pés2

A = 533 pés2 . 0,0929 m2 = 49,52 m2

Custo: US$600/m2

?

slide12

Para as condições anteriores, calcular quantos litros de água

seriam necessárias para armazenar a energia térmica para 3

dias de aquecimento. Partindo-se de que a temperatura

inicial da água, no reservatório é de 1500 F e o limite inferior

de uso é 900 F (o que vale dizer: a mudança de temperatura

que a água será submetida será um Δt = 600 F).

O calor (Q) que deve ser fornecido pelo sistema de armazenamento é:

Q = 3 dias . 480.000 Btu/dia = 1.440.000 Btu

Partindo-se da relação:

Q = m . C. Δt

Sendo:

m = massa de água

C = calor específico da água

Δt = diferença de temperatura da água

slide13

Q = m . C. Δt

1.440.000 Btu = m . 1 . 600 F

m = 24.000 lb

Como: 8,3 lb = 1 galão

tem-se que:

24.000 lb /8,3 lb = 2892 galões

Como:

1 galão = 3,785 litros

Portanto:

2.892 galões . 3,785 litros = 10.946 litros

aquecimento de gua1
Aquecimento de água

Aquecedor Solar

Grupo Solaris – ESALQ/USP

fog o solar

foco de energia onde fica recipiente para ser aquecido

parabólica para captação da energia solar

Fogão Solar
slide18

Secador Solar

Secador Solar de Baixo Custo

Grupo Solaris – ESALQ/USP

slide19

LUZ

Tubo de vácuo

-

+

e-

e-

e-

CÉLULAS SOLARES

H. HERTZ EM 1887 DESCOBRIU O PRINCÍPIO DO USO DIRETO DA

ENERGIA SOLAR PARA PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE (QUANDO

A LUZ ATINGE DETERMINADOS METAIS, ELÉTRONS SÃO EMITIDOS).

O FENÔMENO É DENOMINADO DE “EFEITO FOTOELÉTRICO”

Luz incidindo na placa negativa, elétrons são emitidos com uma quantidade de

Energia cinética inversamente proporcional ao comprimento da onda da luz

Incidente.

slide21

SISTEMA FOTOVOLTAICO

  • Placas solares
  • Regulador de carga
  • Banco de baterias
  • Inversor
slide23

NÃO CONFUNDIR:

CÉLULA FOTOVOLTAICA

COM

CÉLULA DE COMBUSTÍVEL!

slide25

CÉLULA DE COMBUSTÍVEL

(INVENTADA HÁ 100 ANOS)

É UM CONVERSOR DE POTÊNCIA QUE COMBINA UM COMBUSTÍVEL (H2 OU GÁS NATURAL) COM O

O2 POR MEIO DE PROCESSO ELETROQUÍMICO,

GERANDO ELETRICIDADE.

ASPECTOS POSITIVOS:

ELEVADA RAZÃO POTÊNCIA/PESO, NÃO POLUENTE, TAMANHO PEQUENO, ALTA CONFIABILIDADE (NÃO HÁ PARTES MÓVEIS)

EFICIÊNCIA 50-70%

ASPECTOS NEGATIVOS (ATUAIS):

CUSTO ( US$3 A 4 mil/ Kw)

DÚVIDAS QUANTO A DURABILIDADE

DE ONDE E COMO OBTER O H2 (METANOL, GASOLINA)

slide27

TIPOS DE CÉLULAS

Fonte: Hinrichs, 2003

slide28

Referências

GOLDEMBERG, José. 1998. Energia, Meio Ambiente & Desenvolvimento. São Paulo: EDUSP.

Instituto Nacional de Meteorologia. LABSOLAR – Laboratório de Energia Solar – EMC/UFSC. Atlas de irradiação solar do Brasil. Brasília: , 1998.

HINRICHS, r.a. & KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. Thompson, 3a. Ed. São paulo. 2003. 543 p.

MELFI, Adolfo José; MONTES, Célia Regina. 2002. Disciplina de Geociência Ambiental. Piracicaba: ESALQ. Notas de aula do curso de graduação em Gestão Ambiental.

MONTENEGRO, A.B. Fontes não-convencionais de energia. 3.ed. Atlas de Irradiação Solar do Brasil co-autoria do INPE.

NASCIMENTO, Carlos Maia do. 2002. Conseqüências ambientais decorrentes da nova estruturação do setor elétrico e energético do Brasil. Conferência apresentada no 1º Simpósio e Exposição Internacional sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável em Municípios Industriais – Paulínia 2002. Paulínia, 20 a 23 de maio de 2002.

TURKENBURG, W.C. 2002. Renewable Energy: overview. Conferência apresentada no Energia 2020 - Sustentabilidade na geração e uso de energia no Brasil: os próximos vinte anos. Campinas, 18 a 20 de fevereiro de 2002. Acessado dia 01 de Junho de 2002.

introdu o ao hidrog nio e c lula a combust vel

Introdução ao Hidrogênio e Célula a Combustível

ENERGIA, SOCIEDADE E AMBIENTE

ALEXANDRE SORDI - UNICAMP

hidrog nio
Hidrogênio
  • Eletrólise da água
      • 6,5 kWh/Nm3 (70% eficiência)
  • Reforma de hidrocarbonetos
      • Reforma vapor de gás natural (350 - 400ºC)

28 Nm3 H2 / 15 Nm3 CH4 (55% de eficiência)

      • Reforma vapor de etanol (600ºC)
      • Reforma vapor de metanol (260ºC)
      • Reforma vapor de gasolina (900ºC)
      • Reforma vapor do gás de gaseificação bagaço de cana
      • Basicamente- CnHm + nH2O H2 + nCO
hidrog nio1
Hidrogênio
  • A reforma vapor é o método mais comum de se produzir gases ricos em hidrogênio. É uma conversão endotérmica e catalítica com hidrocarbonetos leves e vapor d’água. A reforma a vapor do metano (maior constituinte do gás natural) é o método mais barato de produzir hidrogênio; aproximadamente 48% da produção mundial de hidrogênio é produzida a partir deste processo.
  • A reforma vapor do metano resulta em 64% de H2; 16,3% de CO2; 17,8% de H2O e 1,8% de N2.
  • Após a reforma o gás é direcionado para a conversão exotérmica catalítica (reação de shift) do monóxido de carbono resultante produz hidrogênio puro de acordo com:
  • CO + H2O  CO2 + H2
armazenamento do hidrog nio
Armazenamento do hidrogênio
  • Estado gasoso

Em cilindros em torno de 150 atm (6,4 Nm3/570 g)

Em gasômetros com pressão pouco superior à

atmosférica, armazenando em 1 m3 aprox. 1Nm3

e 89 g. Energia necessária resp.

(2,4 kWh/kg e 0,05 kWh/kg)

  • Estado líquido

Temperatura de -235ºC, (10-13 kWh/kg)

  • Hidretos metálicos

Composto metálico capaz de armazenar hidrogênio

e liberá-lo sob aquecimento. FeTiHx, LaNiHx

(4,1 kWh/kg)

slide34

Célula a combustível

  • A célula a combustível converte a energia química de um combustível diretamente em eletricidade e calor. Basicamente: H2 + ½ O2 H2O
c lula a combust vel
Célula a combustível

Tipos de células a combustível

  • PEMFC- Célula a combustível de membrana polimérica
  • PAFC- Célula a combustível de ácido fosfórico
  • MCFC- Célula a combustível de carbonato fundido
  • SOFC- Célula a combustível de óxido sólido
c lula a combust vel1
Célula a combustível
  • Comparação com outros conversores
refer ncias
Referências:
  • ELLIS, M. W. Fuel Cell for building applications. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. 2002.
  • EG&G Services Parsons, Inc. Science Applications International Corporation. Fuel Cell Handbook. 2000.
  • SILVA, E. P; NEVES Jr, N. P; OLIVEIRA, F. J. C. Tecnologias, aplicações e economia do hidrogênio Vol II 1986. Laboratório de hidrogênio Unicamp – IFGW.
  • SILVA, E. P; MOURA, J. C.; SOUZA, S. N. M.; TICIANELLI, E. A.; CAMARGO, J. C. Produção adjacente de hidrogênio em usinas hidroelétricas e sua utilização. NIPE 2001.