Atividade1

1 Qual é uma das metas prioritárias das células a combustível 2 Os carros abastecidos com células a combustível são semelhantes a que tipo de carros 3 Provavelmente o carro movido à célula a combustível será abastecido com o quê 4 Sob o ponto de vista técnico o que é uma célula a combustível 5 A célula a combustível fornece que tipo de corrente 6 Compare a cogeração com a geração termelétrica e explique porque a primeira é superior 7 Existe outra tecnologia em desenvolvimento mais eficiente para a geração de eletricidade por cogeração em usina 8 Quais os fatores recentes que tem estimulado a cogeração 9 Qual a participação atual e prevista para o futuro da cogeração no total de energia elétrica consumida no Brasil 10 Qual a influencia da pressão do vapor na saída da caldeira na eficiencia da cogeração 11 Qual a desvantagem da cogeração 12 Como se classificam as centrais termelétricas quanto ao processo de combustão Explique e dê um exemplo para cada caso 13 Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão externa indicando os diversos componentes e sua função 14 Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão interna indicando os diversos componentes e sua função 15 De certo ponto de vista as máquinas encarregadas de produzir a energia mecânica nas centrais termelétricas podem ser classificadas em máquinas de fluxo e máquinas a pistão Apresente sucintamente a diferença entre elas e dê dois exmplos de cada 16 Qual a semelhança e a diferença básica das centrais termelétricas convencionais em relação às nucleares Cite a origem da energia calorífica nos dois casos e indique pelo menos duas fontes primárias combustíveis para cada caso 17 Os combustíveis de centrais termelétricas também podem ser divididos em renováveis e não renováveis Cite as principais características de cada um desses tipos e dê pelo menos dois exemplos de cada 18 Qual a característica típica dos combustíveis renováveis de centrais termelétricas que os diferencia de outras renováveis como água sol vento Explique sucintamente 19 Do ponto de vista de produtos derivados da vida urbana atual cite os dois considerados principais para geração de energia elétrica Explique sucintamente cada um deles 20 Qual é o efeito no cliclo de rankine se ocorrer o aumento da pressão da caldeira 21 Considere um ciclo de Rankine ideal com temperatura de entrada da turbina e pressão no condensador fixas Qual é o efeito do aumento da pressão da caldeira no 1 Qual é uma das metas prioritárias das células a combustível Uma das metas prioritárias das células a combustível é desenvolver tecnologias que ajudem a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e promover a transição para fontes de energia mais limpas e renováveis e também aumentar a eficiência energética proporcionando uma conversão mais eficaz de energia química em eletricidade 2 Os carros abastecidos com células a combustível são semelhantes a que tipo de carros Os carros abastecidos com células a combustível são semelhantes aos carros elétricos em termos de serem veículos de emissão zero ou baixa emissão mas diferentes na forma como produzem eletricidade os carros a células de combustível geram eletricidade a bordo a partir do hidrogênio enquanto os carros elétricos armazenam eletricidade em baterias recarregáveis 3 Provavelmente o carro movido à célula a combustível será abastecido com o quê O carro movido à célula a combustível provavelmente será abastecido com hidrogênio As células a combustível utilizam hidrogênio como combustível principal para gerar eletricidade 4 Sob o ponto de vista técnico o que é uma célula a combustível Uma célula a combustível é um dispositivo eletroquímico que converte energia química diretamente em eletricidade por meio de uma reação entre um combustível como hidrogênio e um oxidante como oxigênio Essa reação ocorre em dois eletrodos geralmente catalisados separados por um eletrólito produzindo eletricidade calor e água como subprodutos 5 A célula a combustível fornece que tipo de corrente A célula a combustível fornece corrente contínua DC que é uma corrente elétrica constante e unidirecional adequada para alimentar motores elétricos e sistemas eletrônicos 6 Compare a cogeração com a geração termelétrica e explique porque a primeira é superior Na cogeração o calor gerado durante o processo de geração de eletricidade é aproveitado para outros fins como aquecimento ou resfriamento de edifícios processos industriais ou produção de vapor aumentando a eficiência global do sistema Isso contrasta com a geração termelétrica convencional na qual o calor gerado durante o processo de geração de eletricidade é geralmente dissipado para o ambiente resultando em uma eficiência menor A cogeração é considerada superior porque aproveita o calor residual que seria desperdiçado na geração convencional de eletricidade aumentando a eficiência global do sistema e reduzindo o consumo de combustível Isso resulta em uma utilização mais eficiente dos recursos energéticos e em menores emissões de gases de efeito estufa e poluentes Além disso a cogeração pode ser implementada em diversas escalas desde pequenos sistemas residenciais até grandes instalações industriais oferecendo flexibilidade e adaptabilidade às necessidades locais 7 Existe outra tecnologia em desenvolvimento mais eficiente para a geração de eletricidade por cogeração em usina Sim uma tecnologia em desenvolvimento que promete aumentar a eficiência na geração de eletricidade por cogeração é a utilização de sistemas de ciclo combinado com turbinas a gás e turbinas a vapor Nesses sistemas o calor residual dos gases de escape das turbinas a gás é usado para gerar vapor que por sua vez aciona uma segunda turbina a vapor para gerar eletricidade adicional Isso permite que mais energia seja produzida a partir do mesmo combustível aumentando a eficiência global da usina de cogeração Essa abordagem tem potencial para melhorar significativamente a eficiência energética e reduzir as emissões de gases de efeito estufa em comparação com os métodos tradicionais de cogeração 8 Quais os fatores recentes que tem estimulado a cogeração Nos últimos anos vários fatores têm estimulado o interesse e a adoção da cogeração como uma forma eficiente de geração de energia são exemplos disso A sustentabilidade ambiental aumento dos custos energéticos avanços tecnológicos incentivos governamentais resiliência energética entre outros 9 Qual a participação atual e prevista para o futuro da cogeração no total de energia elétrica consumida no Brasil A participação atual da cogeração no total de energia elétrica consumida no Brasil é de aproximadamente 9 de acordo com dados do Ministério de Minas e Energia Quanto à previsão para o futuro há uma expectativa de aumento na participação da cogeração impulsionada pela busca por fontes de energia mais limpas e eficientes bem como pela crescente demanda por energia em diversos setores da economia brasileira No entanto projeções específicas podem variar dependendo de fatores como políticas governamentais avanços tecnológicos e condições econômicas 10 Qual a influência da pressão do vapor na saída da caldeira na eficiência da cogeração Quanto maior a pressão do vapor maior será a eficiência da cogeração Isso ocorre porque uma pressão mais alta do vapor permite uma maior expansão do vapor na turbina o que resulta em uma maior quantidade de energia mecânica gerada Além disso uma pressão mais alta do vapor na saída da caldeira também pode melhorar a eficiência do ciclo térmico global da cogeração pois permite uma maior eficiência na conversão de calor em eletricidade na turbina a vapor 11 Qual a desvantagem da cogeração Uma das desvantagens da cogeração é que nem sempre é viável em todos os contextos ou para todas as aplicações Algumas das limitações incluem Investimento inicial elevado complexidade operacional dependência de combustíveis limitações de espaço compatibilidade com a demanda entre outros 12 Como se classificam as centrais termelétricas quanto ao processo de combustão Explique e dê um exemplo para cada caso As centrais termelétricas podem ser classificadas como externas ou internas dependendo de onde ocorre a geração de vapor para acionar as turbinas 1 Centrais Termelétricas Externas Nestas centrais o vapor é gerado em uma caldeira separada da turbina O calor é transferido da fonte de calor geralmente uma fornalha ou reator nuclear para a água da caldeira produzindo vapor Esse vapor é enviado para as turbinas para gerar eletricidade Exemplo Uma usina a carvão convencional onde o carvão é queimado em uma caldeira para gerar vapor que então é usado para acionar as turbinas 2 Centrais Termelétricas Internas ou Cogeração Nessas centrais o vapor é gerado diretamente dentro do processo industrial ou de aquecimento e parte desse vapor é desviada para a geração de eletricidade Isso é frequentemente feito para aproveitar o calor residual de um processo industrial ou de geração de calor para produzir eletricidade adicional Exemplo Uma refinaria de petróleo que usa parte do vapor produzido durante o processo de refino para gerar eletricidade em vez de simplesmente liberálo para a atmosfera 13 Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão externa indicando os diversos componentes e sua função 1Combustível Carvão óleo ou gás natural é alimentado para queimar e gerar calor 2 Caldeira O combustível queimado aquece a água para gerar vapor de alta pressão 3 Turbina a vapor O vapor de alta pressão move as pás da turbina convertendo energia térmica em energia mecânica 4 Gerador A turbina aciona um gerador que converte energia mecânica em eletricidade 5 Condensador O vapor usado na turbina é resfriado e condensado de volta à água para reutilização na caldeira 6 Torre de Resfriamento Água quente é resfriada em contato com o ar ambiente antes de ser reciclada na caldeira 7 Chaminé Os gases de combustão são liberados na atmosfera através da chaminé após passarem pelo processo de combustão 14 Apresente um esquema típico de uma central termelétrica com combustão interna indicando os diversos componentes e sua função 1 Combustível Gás natural óleo diesel ou biocombustíveis são injetados em câmaras de combustão para queimar e gerar calor 2 Câmara de Combustão O combustível queimado gera calor aumentando a pressão do gás no interior da câmara 3Cilindros do Motor O aumento da pressão do gás empurra pistões dentro dos cilindros convertendo energia térmica em energia mecânica 4 Virabrequim Os movimentos dos pistões são transferidos para o virabrequim onde a energia mecânica é convertida em movimento rotativo 5 Alternador O movimento rotativo do virabrequim aciona um alternador que gera eletricidade 6 Sistema de refrigeração Água ou outro líquido é usado para resfriar o motor e manter sua temperatura dentro dos limites operacionais 7 Sistema de Exaustão Os gases de escape resultantes da combustão são expelidos do motor através do sistema de exaustão 15 De certo ponto de vista as máquinas encarregadas de produzir a energia mecânica nas centrais termelétricas podem ser classificadas em máquinas de fluxo e máquinas a pistão Apresente sucintamente a diferença entre elas e dê dois exemplos de cada 1 Máquinas de Fluxo Estas máquinas funcionam com um fluxo contínuo de fluido como vapor ou gás que passa por elas convertendo a energia térmica em energia mecânica Elas incluem turbinas a vapor e turbinas a gás Exemplos Turbina a Vapor Usada em centrais termelétricas a carvão ou nuclear para gerar energia a partir do vapor gerado pela queima de combustível Turbina a Gás Utilizada em centrais termelétricas a gás natural para converter a energia térmica do gás em energia mecânica 2 Máquinas a Pistão Estas máquinas operam com ciclos de combustão interna onde a energia térmica do combustível é convertida em energia mecânica por meio de pistões que se movem dentro de cilindros Elas incluem motores a diesel e motores a gás Exemplos Motor a Diesel Encontrado em centrais termelétricas a diesel converte a energia térmica do combustível diesel em movimento linear dos pistões que é então convertido em energia mecânica Motor a Gás Similar ao motor a diesel mas utiliza gás natural ou biogás como combustível em vez de diesel Essa diferenciação se baseia no princípio de funcionamento e no tipo de energia primária utilizada para gerar energia mecânica 16 Qual a semelhança e a diferença básica das centrais termelétricas convencionais em relação às nucleares Cite a origem da energia calorífica nos dois casos e indique pelo menos duas fontes primárias combustíveis para cada caso Uma semelhança básica entre as centrais termelétricas convencionais e nucleares é que ambas usam energia calorífica para gerar vapor que aciona turbinas para produzir eletricidade No entanto a diferença fundamental está na origem da energia calorífica 1 Centrais Termelétricas Convencionais Origem da Energia Calorífica A energia calorífica é gerada pela queima de combustíveis fósseis como carvão óleo ou gás natural Exemplos de Fontes Primárias Combustíveis Carvão Petróleo óleo combustível Gás natural 2 Centrais Nucleares Origem da Energia Calorífica A energia calorífica é gerada pela fissão nuclear de átomos de urânio enriquecido Exemplos de Fontes Primárias Combustíveis Urânio235 Plutônio239 Ambas as centrais geram calor para produzir vapor mas enquanto as centrais termelétricas convencionais queimam combustíveis fósseis as centrais nucleares utilizam reações nucleares para gerar calor 17 Os combustíveis de centrais termelétricas também podem ser divididos em renováveis e não renováveis Cite as principais características de cada um desses tipos e dê pelo menos dois exemplos de cada 1 Combustíveis Não Renováveis São fontes de energia que têm um suprimento limitado na Terra e não podem ser facilmente regeneradas em um curto período de tempo Exemplos Carvão Uma das fontes de energia mais utilizadas em centrais termelétricas especialmente em países como China EUA e Índia Petróleo Usado principalmente em usinas termelétricas para gerar eletricidade bem como para outras finalidades como transporte e aquecimento 2 Combustíveis Renováveis São fontes de energia que são naturalmente repostas em um curto período de tempo e não se esgotam Exemplos Biomassa Inclui materiais orgânicos como resíduos agrícolas resíduos florestais bagaço de canadeaçúcar entre outros que podem ser queimados para gerar calor em centrais termelétricas Biogás Produzido a partir da decomposição de matéria orgânica em aterros sanitários estações de tratamento de esgoto ou biodigestores e pode ser queimado para gerar calor em centrais termelétricas 18 Qual a característica típica dos combustíveis renováveis de centrais termelétricas que os diferencia de outras renováveis como água sol vento Explique sucintamente Eles envolvem a queima direta de materiais orgânicos para gerar calor enquanto as outras fontes renováveis aproveitam a energia natural de forma mais indireta para gerar eletricidade Por exemplo a biomassa e o biogás são queimados diretamente para produzir calor em centrais termelétricas enquanto a energia hidrelétrica utiliza a força da água para girar turbinas e gerar eletricidade a energia solar converte a luz do sol em eletricidade por meio de painéis solares fotovoltaicos e a energia eólica utiliza a força do vento para girar turbinas e gerar eletricidade Essa distinção na forma como a energia é convertida em eletricidade diferencia os combustíveis renováveis de centrais termelétricas das outras fontes renováveis de energia 19 Do ponto de vista de produtos derivados da vida urbana atual cite os dois considerados principais para geração de energia elétrica Explique sucintamente cada um deles Do ponto de vista de produtos derivados da vida urbana atual os dois principais considerados para geração de energia elétrica são 1 Resíduos Sólidos Urbanos RSU Os RSU consistem nos resíduos sólidos gerados pela vida urbana como lixo doméstico resíduos comerciais e industriais Esses resíduos podem ser processados em usinas de energia a partir de resíduos sólidos urbanos WtE onde são queimados para gerar calor Esse calor é então utilizado para produzir vapor que aciona turbinas conectadas a geradores de eletricidade 2 Esgoto Urbano Biomassa de Esgoto O esgoto urbano ou águas residuais é outro subproduto da vida urbana que pode ser utilizado para geração de energia As estações de tratamento de esgoto ETEs podem capturar o biogás produzido durante o tratamento do esgoto principalmente metano e usálo como combustível em usinas termelétricas O biogás é queimado para gerar calor que é então convertido em eletricidade por meio de turbinas e geradores Esses dois produtos derivados da vida urbana têm um potencial significativo para geração de energia elétrica de forma sustentável contribuindo para a redução de resíduos e aproveitando recursos que de outra forma seriam descartados 20 Qual é o efeito no cliclo de rankine se ocorrer o aumento da pressão da caldeira Se ocorrer um aumento na pressão da caldeira no ciclo de Rankine isso terá os seguintes efeitos 1 Aumento da Eficiência Térmica Um aumento na pressão da caldeira resulta em um aumento na diferença de temperatura entre a fonte de calor geralmente a queima de combustível e o ambiente Isso aumenta a eficiência térmica do ciclo pois mais calor é convertido em trabalho útil 2 Aumento da Temperatura do Vapor Com o aumento da pressão a temperatura do vapor gerado na caldeira também aumenta Isso resulta em um vapor de alta pressão e alta temperatura o que pode aumentar a eficiência global do ciclo 3 Aumento da Produção de Energia Com a temperatura do vapor aumentando a quantidade de calor convertido em trabalho mecânico também aumenta Isso pode resultar em uma maior produção de energia elétrica para a mesma quantidade de combustível queimado Em resumo um aumento na pressão da caldeira no ciclo de Rankine geralmente leva a uma melhoria na eficiência térmica e na produção de energia elétrica da central termelétrica 21 Considere um ciclo de Rankine ideal com temperatura de entrada da turbina e pressão no condensador fixas Qual é o efeito do aumento da pressão da caldeira no Trabalho da bomba AUMENTA Trabalho da turbina AUMENTA Calor fornecido PERMANECE O MESMO se a temperatura da entrada da turbina permanecer a mesma Calor rejeitado AUMENTA Eficiência do ciclo AUMENTA Quantidade de líquido na saída da caldeira AUMENTA