Balanço energético terrestre

Balanço energético terrestre
CS esp =1.37 kW / m!.
CS max sup =1kW / m!
Potência da radiação solar=120000 TW
Balanço energético global
Situação térmica da Terra desde a revolução
industrial
Crosta terrestre - transporte condutivo
Q -Fluxo térmico
15
m
20
25
35
40
Q= k("t/"z)
Dados inseguros
Q=0.07W/m2
!t/!z=20ºC/km
K=3.5w/m/ºC
250
tºC
Q1
calcáreo
!t/!z=47ºC/km
K=1.5w/m/ºC
500
Q2
xisto
750
granito
1000
!t/!z=21ºC/km
K=3.3w/m/ºC
Q3
Alto gradiente térmico observado na crosta, implica transporte de
calor por condução. Se continuar no manto a 200 km t # 4000º .
Situação térmica do globo
No manto "t/"z estima-se em 0.3ºC/km. O transporte de
calor deve ser assim diferente
Velocidade(km/sec)
Crosta
0
5
10
Litosfera
Astenosfera
1000
Manto
2000
ondas S
Mesosfera
Ondas P
3000
Prof. (km)
Núcleo
Externo 4000
Líquido
5000
Núcleo
Interno
6000
Composição
ondas S
Sólido
Reologia
Adaptado de Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. © Blackwell Scientific. Oxford.
Fluxo térmico na crosta continental
•!Fluxo térmico nos continentes é igual a soma de calor
mantélico q0 e da produção propria da crosta dA
q= q0+dA
dA
Fontes prof.
q0
Fluxo térmico na crosta oceânica
•!Fluxo térmico atravès da crosta oceânica representa
fundamentalmente o transporte passivo do calor mantélico
Fontes do calor terrestre
interno
Fluxo térmico a escala global
65 mWm-2 média de oceano e 101 mWm-2 nos continentes,
média global 87 mWm-2
Productividade calorífica (1012W/kg)
Evolução temporal dos componentes do fluxo térmico
Perda de calor = 4.2*1013 W
100
70% radiogénico + 30% primordial
Total
10
1
4000
3000
Geosfera/isótopo
238U
Crosta continental
3.5
15
Crosta oceânica
0.9
Manto
0.015
Total
(ppm)
2000
232Th
1000
(ppm)
232Th
t1/2= 1.4*1010 a
238U
t1/2= 4.47*109 a
40K
t1/2= 1.25*109 a
235U
t1/2= 7.04*108 a
T (Ma)
0
40K
(%)
$w/m3
Volume (m3)
Prod. Total (W)
3.2
2.2
5*1018
1.1*1013
2.7
0.4
0.4
2.5*1018
1.0*1012
0.08
0.1
0.02
9*1020
1.8*1013
2.9 *1013
Radioactividade em Monchique
Bacia do Odelouca
Maciço Monchique!
Bacia do Arade
Boina
Portimão!
5 km!
Arade Estuary
Albufeira!
Atlantic Ocean!
!
Transporte do calor no manto
Aparecimento e o vigor da convecção define
parâmetro R - o nº de Rayligh (sem
dimensões)
500
1500
km
500
2500
l. oceânica
l. continental
1000
" # $t a # g # % # z 3
R=
& #'
1500
Adiabata
mantélica
2000
•!R< 2000 todo calor é transportado por
condução.
2500
-5
-1
-1
-3
•!No manto !=2*10 K , g=10ms "=4.66 tm ,
k=10-6m2s-1, #=1021Pa s assim
R# 106 o que indica convecção vigorosa
núcleo
Perfil hipotético de temperatura no
manto terrestre
ºC
Dois modelos de
convecção no manto
•! em curta escala de tempo (sísmos) manto
comporta-se como corpo elástico
•! a escalo de tempo geológico manto flui atraves
de deformação dos cristais, em estado sólido
•!Os limites físicos de fluxo são:
a) interface com núcleo, este também em
estado de convecção
b) base de litosfera de profundidade variada
até 200 km
Consumo global de energia - 2006
5
4.5
4
3.5
3
TW 2.5
2
1.5
1
0.5
0
4.9
3.1
2.96
1.21
0.286
Petr.
Gas
Carv.
(Total: 15.6 TW)
Hidro
Biomassa
0.828
0.31
Nuclear
Renov.
Potencial para energias renováveis
Forma
Potencia
envolvida [TW]
Potencia tecn.
exequível[TW]
Hidroelectrica
4.6
1.6
Instalado 0.7
Circulação atmosférica
(ventos)
50
2
Geotérmica
41.6
0.001
Solar
600
100
Biomassa fotosintetizada
10% do total da
fotsint – (90
TW)
5….
Necessidades actuais da humanidade (un. trabalho)
4*1020 J/a = 1.1 *1017 Wh
1Wh = 3.6*103J
Energia geotérmica
Terceira em termos de importância forma de energia renovável (após
hidroeléctrica e a biomassa).
A Islândia e a campeã do aproveitamento:
88% do aquecimento de casas
16% de energia eléctrica
Aproveitamento directo para
.
aquecimento de casas
Adaptado sobretudo a fontes de baixa entalpia, max 60ºC
Central de aproveitamento directo (Flash steam), mais correntes.
Água sobreaquecida e despressurizada na câmara onde é produzido o vapor
que movimenta as turbinas
Larderello 1904
Potência geotérmica total no globo 8500MW. Portugal 16 MW
Central a ciclo binário: Água do fundo de de poços é conduzida a
superfície e a energia térmica é transferida para um líquido orgânico de
temperatura de ebulição mais baixa para produzir vapor e movimentar
turbinas.
Casa Diablo Montanhas
Rochosoas
Hot Dry Rocks - Rocha Quente Seca: Água de superfície é injectada no
fundo de poços onde aqueçe . Na superfície a energia térmica é
transferida para um líquido orgânico de temperatura de ebulição mais
baixa para produzir vapor e movimentar turbinas
Energia geotérmica
Fluxo médio na superfície continental
Total potencial geotermal nos continentes
Total potencial geotermal nos oceanos
Furos sem vapor após 5 anos !
Potencia dum bom furo geotérmico
Potencia dum bom furo saudita
5 MW
500 MW
0.057 W/m2
11.6 TW
30 TW
GDP Per Capita ($1000/Pessoa)
Energia e desenvolvimento
100
Japan
France
United Kingdom
10
USA
Mexico
El Salvador
South Korea
Poland
Russia
1
Burkina
Faso
Bangladesh
0.1
0.1
1
10
China
100
1000
Consumo de energia Per Capita (106 Btu/Pessoa)
Fonte: EIA Country Energy Data Reports
Procura energética no mundo e sua evolução
se tudo ficar na mesma (2003)
6,000
Petroleo
5,000
Mtoe
4,000
Gás Natural
3,000
Carvão
2,000
1,000
0
1970
Nuclear
1980
1990
Hidroelectrica
Renováveis não hidro
2000
2010
2020
2030
Energias renováveis em produção energética
de acordo com metas aprovadas
35
30
US & Canada
Japão, Australia
& Nova Zelandia
Europa
25
%
20
15
10
5
0
2000
2030
2030
ReferenciaAlternativa
2000
2030
2030
ReferenciaAlternativa
Não hidro
Hidro
2000
2030
2030
ReferenciaAlternativa
OECD - Emissões CO2
15,000
14,000
Mt de CO2
13,000
12,000
11,000
10,000
9,000
8,000
7,000
1970
1980
1990
Scenario alternativo
2000
2010
2020
Scenário de referencia
2030
Perspectiva europeia de produção da energia
eléctrica das fontes renováveis
Reference Values for EU Member States' National Indicative Targets for the Contribution of
Electricity Produced from RES to Gross Electricity Consumption by 2010
90
80
70
60
%
50
40
30
20
10
0
Directiva 2001/77/EC
RES-E % 1997
RES-E % 2010
Combustíveis fósseis vs fontes renováveis
A produção global de electricidade vai dobrar dentro de
± 25 anos. As fontes renováveis aumentarão 57%