Eficiência energética: gerenciamento de energia, técnicas de uso adequado da energia elétrica

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A primeira lei básica é a Lei da Conservação da Energia, segundo a qual energia não se cria nem se destrói, salvo nos casos em que ocorrem reações atômicas ou nucleares e então podem se observar transformações de massa em energia. Como na grande maioria das situações, tal dualidade massa-energia não precisa ser considerada, é suficiente afirmar que, em um dado período de tempo, a somatória dos fluxos e estoques energéticos em um processo ou sistema é constante, como se apresenta na expressão abaixo;

∆E entra = ∆E sai + ∆E sistema (1.2)

Por exemplo, seja uma panela com água em aquecimento. A elevação da temperatura do líquido é a manifestação sensível de sua mudança de estado e está correlacionada diretamente com o incremento de energia no sistema, resultante de um aporte de energia pela chama do gás sob a panela. Pense em alguma conversão energética e procure imaginar os fluxos na entrada, saída e a acumulação de energia no sistema. Note-se que a aplicação desta lei pressupõe uma convenção de sinais para os fluxos energéticos, convencionando-se como positivo o que tende a aumentar a energia do sistema.

A Lei da Conservação de Energia também é conhecida como Primeira Lei da Termodinâmica e permite efetuar balanços energéticos, determinar perdas, quantificar enfim, fluxos energéticos. Baseia-se também nesta lei, o conceito de desempenho ou eficiência energética de um sistema energético, η energ, relacionando o efeito energético útil com o consumo energético no sistema, como se explicita na figura e equações abaixo, válida para um sistema em regime permanente, isto é, quando não há variação da energia no sistema. Lembre-se que, como energia nunca desaparece, mas apenas muda de forma, a palavra “consumo” refere-se efetivamente ao aporte de energia.

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Figura 1.5 - Sistema energético generalizado

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A outra lei física básica dos processos energéticos é a Lei da Dissipação da Energia, segundo a qual, em todos os processos reais de conversão energética, sempre deve existir uma parcela de energia térmica como produto. Por exemplo, se o objetivo do processo é transformar energia mecânica em calor, tal conversão pode ser total, aliás como ocorre nos freios, mas se o propósito for o inverso, a conversão de energia térmica em energia mecânica será sempre parcial, pois uma parcela dos resultados deverá sempre ser calor. Em outras palavras, existem inevitáveis perdas térmicas nos processos de conversão energética, que se somam às outras perdas inevitáveis decorrentes das limitações tecnológicas e econômicas dos sistemas reais, tais como isolamento térmico imperfeito, atrito, perdas de carga e inércias, entre outras.

1.4 – Recursos Energéticos

Denominam-se recursos energéticos as reservas ou fluxos de energia disponíveis na Natureza e que podem ser usados para atender às necessidades humanas, podendo ser classificadas essencialmente como recursos fósseis ou como recursos renováveis. No primeiro caso, referem-se aos estoques de materiais que armazenam energia química, acumulada primariamente a partir da radiação solar em épocas geológicas, como é o caso do petróleo, carvão mineral, turfa, gás natural, xisto betuminoso, bem como podendo acumular energia atômica na forma de material físsil, por exemplo o urânio e o tório. Enquanto as reservas de energia fóssil são necessariamente finitas e se reduzem à medida em que são consumidas, os recursos energéticos renováveis são dados por fluxos naturais, como ocorre na energia solar, em suas distintas formas, como na energia hidráulica, na energia eólica, na energia das ondas do mar e na energia da biomassa, bem como nos fluxos energéticos dependentes do movimento planetário, por exemplo, a energia talassomotriz, associada à variação do nível do mar nas marés e à energia geotérmica, que na escala das realizações humanas existe não deve se esgotar. É importante observar que a utilização inadequada de alguns potenciais energéticos renováveis pode determinar sua exaustão, como acontece em reservatórios geotérmicos sobre explorados ou nos recursos de biomassa, quando explorados além de sua taxa natural de reposição. Assim, se uma reserva florestal for explorada acima de sua taxa típica de renovação sustentável, esse recurso energético perderá seu caráter de renovabilidade.

A Tabela 1.3 apresenta os níveis das reservas energéticas brasileiras tal como constam do Balanço Energético Nacional, em valores para 2010. Observa-se que as reservas fósseis são dadas em termos de energia e podem se alterar com a descoberta de novos depósitos, enquanto a energia hidráulica, por ser renovável, é apresentada como potência. Isto torna mais complexa a comparação de sua magnitude relativa, que irá depender das taxas de extração assim como das qualidades da energia disponíveis. Certamente 1 kWh de energia hidráulica é mais nobre que a mesma quantia de energia na forma de petróleo ou outro combustível.

Tabela 1.3 - Reservas energéticas brasileiras (BEN, 2012)

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1.5 – Terminologia Energética

O estudo dos sistemas energéticos não apenas se baseia em conceitos, mas também impõe o uso de uma linguagem e de parâmetros particulares, que convém apresentar, ainda que de forma sucinta, para facilitar o tratamento dos problemas associados à racionalização dos fluxos energéticos. Todas as atividades humanas requerem energia, seja na forma de fluxos energéticos como calor e energia elétrica, seja na forma de produtos e serviços, que de forma indireta, também correspondem a fluxos energéticos, sem o que eles não poderiam ser obtidos. Assim, denomina-se energia direta aos fluxos físicos de energia, consumidos como tal, e energia indireta ou embutida às demandas energéticas realizadas para atender aos fluxos de materiais e às demais atividades, sendo, às vezes, também citado como custo energético de bens e serviços. Esta abordagem permite avaliar melhor a importância da energia na sociedade e evidenciar a crescente demanda de energia indireta, associada a produtos com elevado consumo em sua produção. A Tabela 1.4 permite comparar a energia embutida em alguns materiais de extenso uso, como, por exemplo, o alumínio e o aço ou o papel e o polietileno, que eventualmente competem por usos comuns. Os valores foram tomados de Boustead e Hancock (1979), mas certamente podem variar de