LER 244

1
LER 244 RECURSOS ENERGÉTICOS E
AMBIENTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL
ENERGIA SOLAR
Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli
EDIÇÃO 2.006
2
(No Transcript)
3
COMPONENTES DA RADIAÇÃO SOLAR
NUVENS
REFLETIDA
DIFUSA
DIRETA
SUPERFÍCIE TERRESTRE
4
BALANÇO DE ENEGIA
REFLETIDA 31
NUVENS E ATMOSFERA 19 ABSORVIDA
DIRETA 21
DISPERSA 29
REFLETIDA 3
EVAPORAÇÃO, CONDUÇÃO PELO AR
INCIDENTE LÍQUIDA
RADIAÇÃO TERRESTRE
5
Irradiação Solar no Brasil
6
COLETOR SOLAR
Sistema Convencional de Aquecimento de Água
1. caixa dágua 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
7
AQUECIMENTO DE ÁGUA
1. entrada de água da rua 2. regulagem da água
quente 3. entrada da água no aquecedor/reservatóri
o 4. saída da água já aquecida 5. entrada de água
aquecida no chuveiro 6. entrada de água fria,
regulada pelo registro convencional do chuveiro
8
FONTE HINRICHS, 2003
9
(No Transcript)
10
SISTEMA DE AR QUENTE DE PLACA PLANA.
11
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 US600/m2
?
12
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 ?t 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. ?t Sendo m
massa de água C calor específico da água ?t
diferença de temperatura da água
13
Q m . C. ?t 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
14
HARPER LAKE, CA
15
Aquecimento de água
Aquecedor Solar Grupo Solaris ESALQ/USP
16
Fogão Solar
17
Secador Solar
18
Secador Solar
Secador Solar de Baixo Custo Grupo Solaris
ESALQ/USP
19
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.
20
CÉLULA FOTOVOLTAICA
21
SISTEMA FOTOVOLTAICO

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

22
CÉLULAS FOTO VOLTAICAS
23
NÃO CONFUNDIR CÉLULA FOTOVOLTAICA COM CÉLULA
DE COMBUSTÍVEL!
24
(No Transcript)
25
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 ( US3 A 4
mil/ Kw) DÚVIDAS QUANTO A DURABILIDADE DE ONDE E
COMO OBTER O H2 (METANOL, GASOLINA)
26
A REAÇÃO NA CÉLULA É UMA COMBUSTÃO LENTA DO H2
ELETRODOS DE CARBONO
27
TIPOS DE CÉLULAS
TIPOS EFICIÊNCIA () TEMPERATURA OPERAÇÃO (0C) TAMANHO DA UNIDADE (kW)
MEMBRANA DE TROCA PROTÔNICA 40 A 50 80 50
ÁCIDO FOSFÓRICO 40 A 50 200 200
CARBONATO FUNDIDO 60 650 2.000
ÓXIDO SÓLIDO 60 800 100
ALCALINA 70 60 2 a 5
Fonte Hinrichs, 2003
28
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.
29
Introdução ao Hidrogênio e Célula a Combustível

• ENERGIA, SOCIEDADE E AMBIENTE

ALEXANDRE SORDI - UNICAMP
30
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

31
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 dágua. 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

32
Hidrogênio
33
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)

34
Célula a combustível

• A célula a combustível converte a energia química
  de um combustível diretamente em eletricidade e
  calor. Basicamente H2 ½ O2? H2O

35
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

36
(No Transcript)
37
Célula a combustível

• Comparação com outros conversores

38
Referências

• ELLIS, M. W. Fuel Cell for building applications.
  American Society of Heating, Refrigerating and
  Air-Conditioning Engineers, Inc. 2002.
• EGG 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.

39
F I M