4_Do_Sol_ao aquecimento_2

18-04-2015
22/04/2014
Sumário
Do Sol ao “Aquecimento” – Unidade temática 1
• Equilíbrio térmico – Lei zero da termodinâmica.
• Temperatura média da Terra.
- Potência da radiação proveniente do Sol.
- Potência da radiação emitida pela Terra.
• A radiação solar na produção da energia elétrica.
- Painel fotovoltaico.
Continuação da resolução de exercícios.
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Equilíbrio térmico
Quando dois corpos a temperaturas diferentes, são
postos em contacto, transferem energia entre si até se
atingir o equilíbrio térmico, ou seja, até que a energia
recebida pelos corpos seja igual à energia por eles
emitida.
Nestas condições, verifica-se que os corpos atingem
uma temperatura constante em que TB < T < TA.
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Equilíbrio térmico
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Lei Zero da Termodinâmica
Quando colocamos dois corpos ou sistemas,
que se encontram em equilíbrio térmico, em
contacto com um terceiro haverá
transferência de energia entre os vários
corpos ou sistemas.
Esta transferência de energia irá decorrer até
que todos os corpos apresentem a mesma
temperatura, ou seja, até que se atinja o
equilíbrio térmico.
Esta evidência é traduzida pela Lei Zero da
Termodinâmica.
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Lei Zero da Termodinâmica
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Equilíbrio térmico radiativo da Terra
Se a Terra está constantemente a receber
energia por radiação do Sol, como se explica
que tenha uma temperatura média com
poucas variações, ou seja, esteja
praticamente em equilíbrio térmico?
Resposta:
Porque a Terra não só recebe como emite energia por radiação e a energia recebida é
igual à energia emitida.
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22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Cálculo da temperatura média da Terra
Qual a radiação solar por unidade de área?
O que é a albedo dum planeta?
A albedo de um planeta corresponde à
refletividade desse planeta, ou seja à
fração de radiação incidente que é por ele
refletida.
A albedo da Terra é 0,30.
Radiação solar
por unidade de área,
Constante Solar:
Significa que o nosso planeta reflete cerca
de 30% da radiação proveniente do Sol (e
S = 1370 W/m2
recebe cerca de 70%).
Como se calcula a potência da radiação recebida pela Terra proveniente do Sol?
E a potência da radiação emitida pela Terra? E qual é o valor da sua temperatura média?
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
70 % e
A
T
A 1
255
Energia – do Sol para a Terra
- 18
ao efeito de estufa
à difusão da radiação direta
Stefan-Boltzmann
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
A radiação solar na produção da energia elétrica
Os painéis fotovoltaicos, transformam diretamente a energia solar em energia elétrica.
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
A radiação solar na produção da energia elétrica
Os painéis fotovoltaicos são constituídos por
células fotovoltaicas que, com base no efeito
fotovoltaico, produzem energia elétrica
diretamente a partir da radiação solar. Estas
células são formadas por materiais
semicondutores, tais como silício ou o germânio.
Estes painéis são utilizados como fontes de
energia nas nossas habitações, nos satélites, no
funcionamento de algumas máquinas de calcular
e em sinalização fluvial, marítima, rodoviária e
ferroviária.
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Fatores principais que impedem a sua utilização em larga escala
• O elevado custo das tecnologias
empregues.
• O baixo rendimento no processo de
conversão (cerca de 25%).
• Os importantes investimentos de
capital.
• A necessidade de ocupação de grandes
áreas de terreno se se pretende
produzir quantidades significativas de
energia (1 ha/MW).
• Perdas de condução (efeito Joule).
• Reflexões.
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18-04-2015
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Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Vantagens
• Não dispõem de partes móveis.
• São formados por módulos. As células
são agrupadas em painéis.
• São inofensivos do ponto de vista
ambiental.
• Não produzem cheiros nem ruídos.
• Exigem muito pouca manutenção.
• Têm tempo de vida elevado (superior
a 20 anos).
22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Problemas
1.
Qual é a área de um painel fotovoltaico para alimentar um computador que necessita de 300 W de
Potência?
Admita que a potência da radiação solar que chega ao painel, por unidade de área, é 400 W/m 2 e que o
rendimento do processo fotovoltaico é de 25%.
(3 m2)
2.
Pretende-se que uma bateria alimente 2 lâmpadas de 100 W cada, durante 4 horas. A bateria é carregada
durante o dia por um painel fotovoltaico.
Admita que as perdas no processo de carga e descarga de bateria são 60% da energia útil fornecida pelo
painel.
a)
Calcule a energia que a bateria necessita de fornecer durante a noite para fazer funcionar as lâmpadas.
(2,88 x 106J)
b)
Quantas células fotovoltaicas são precisas para fornecer a intensidade de corrente necessária para
carregar a bateria? Admita que o painel está, em média, exposto 5 horas à luz solar e que cada célula
tem 10 W de potência útil.
(40)
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22/04/2014
Do Sol ao aquecimento
Energia – do Sol para a Terra
Problemas
3)
Num certo país incidem 400 J de energia solar por m2 em cada segundo.
O rendimento dos painéis fotovoltaicos é de 25%.
Qual é a área destes painéis que fazem funcionar os seguintes eletrodomésticos.
a)
Frigideira elétrica 1350 W.
(13,5 m2)
b)
Torradeira de 400 W.
c)
Frigideira e torradeira em simultâneo.
(4 m2)
(17,5 m2)
4)
Os painéis fotovoltaicos são utilizados para produzir energia elétrica a partir da energia solar. Suponha que a
energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, é 1,10 x 10 10 J m-2.
Calcule a área de painéis fotovoltaicos necessária para um gasto diário médio de eletricidade de 21,0 kW h,
se instalar na sua casa painéis com um rendimento de 25%.
Apresente todas as etapas de resolução.
(10 m2)
22/04/2014
TPC
• Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações.
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