Data: semana – 22 até 26 de junho
Número de aulas: 4
Contato e entrega de atividades: via e-mail paulacelestino@prof.educacao.sp.gov.br e sempre uma cópia no caderno.
Você pode tirar foto do que foi feito no caderno, pode enviar no Word ou no corpo do e-mail.
Prazo para Entrega: 01/07/2020
Máquinas e combustíveis
Você conhece alguma máquina à vapor?
Eu conheci o trem denominado Maria Fumaça, mas não exatamente na época que ele era usado como meio de transporte. Conheci como uma relíquia, um passeio turístico.
Figura 1: Maria Fumaça.
São exemplos de máquinas térmicas, além da Maria Fumaça, os motores de combustão interna usados atualmente nos automóveis.
Esses você conhece, não?
O funcionamento das máquinas térmicas baseia-se na transformação de energia térmica em energia mecânica.
As primeiras máquinas térmicas usavam o vapor de água produzido em caldeiras como combustível para gerar movimento e realizar trabalho como, por exemplo, girar uma roda d’água ou as rodas de um trem.
Já as máquinas térmicas de combustão interna têm como base os gases gerados durante a queima do combustível. De forma geral, a queima do combustível gera energia que é transferida para o gás. Esse gás então se expande realizando trabalho, enquanto sua temperatura diminui.
Nesse processo tanto a energia interna, quanto o trabalho realizado dependem da quantidade de calor que é transferida para o gás.
Foi a busca do aumento da eficiência dessa transferência que alavancou o desenvolvimento dessas máquinas.
As máquinas térmicas que usavam carvão foram muito importantes na história, pois foram as precursoras de tantas outras.
Vamos agora ver a evolução delas.
Máquinas a vapor
A primeira máquina térmica que se tem registro é a máquina de Heron, que consiste em uma esfera oca de cobre com dois canudinhos de cobre torcidos.
A esfera de Heron continha água em seu interior que, quando aquecida, saia pelos canudinhos em forma de vapor fazendo a esfera girar.
Figura 2: Máquina de Heron.
A máquina de Heron foi encontrada nos registros do século I a.C. e parecia funcionar apenas como equipamento de entretenimento.
O segundo registro encontrado é datado de 1629 - uma vasilha preenchida com água que possuía um cano aberto para saída do vapor gerado (algo parecido com uma chaleira).
Ao ser aquecida, o vapor gerado saída pelo cano e movia uma roda com pás.
Em 1690 o vapor foi utilizado pela primeira vez para movimentar um êmbolo dentro de um cilindro – a base de funcionamento das máquinas térmicas atuais.
Por volta de 1712 uma nova máquina térmica foi desenvolvida. Ela possuía uma viga (como uma gangorra, o brinquedo dos parques infantis) e era utilizada para retirar água das profundezas ou para subir cargas pesadas.
Ainda hoje esse tipo de estrutura é usada para retirar petróleo das profundezas. Elas são conhecidas como cavalos.
Figura 3: Bomba cabeça de cavalo.
Os problemas dessas primeiras máquinas era a baixa eficiência; elas consumiam muito carvão para aquecer a água de modo a realizarem o trabalho desejado.
Em 1765, James Watt introduziu nas máquinas um condensador que minimizava as perdas de calor, aumentando o rendimento do carvão em três vezes – um enorme passo no aumento da eficiência.
Assim as máquinas passaram a ser usadas também para a movimentação de tornos e de moinhos, substituindo a tração animal.
James Watt costumava expressar a potência de suas máquinas em unidades HP ou horse power (literalmente força do cavalo) para facilitar a comparação com o tipo de tração usado até aquele momento e aumentar a compreensão de suas capacidades de realizarem trabalho.
Hoje a potência é expressa em watts em sua homenagem, apesar de o HP ser ainda usado em alguns casos como, por exemplo, nos automóveis.
Mas vamos voltar à história das máquinas térmicas.
Os primeiros automóveis também usavam motores movidos a vapor de água, no fim do século XIX e início do século XX.
Figura 4: Carro a vapor, 1912.
Hoje os motores são movidos por combustão interna, usando outras formas de combustíveis em substituição ao carvão como, por exemplo, diesel, álcool e/ou gasolina.
Os motores a vapor ainda são usados em alguns casos específicos como nas usinas termoelétricas, que produzem energia elétrica a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis como, por exemplo, carvão mineral, óleo e gás natural.
Evolução do uso da energia ao longo da história
Desde os primórdios dos tempos os Homens usavam energia para realizar as tarefas que garantiam sua sobrevivência. A nossa dependência da energia continua até hoje, pois ele é essencial para realizarmos todas as atividades diárias, seja acender a luz, preparar refeições ou nos locomover a grandes distâncias.
Ponto principais
- Matriz energética;
- Fontes renováveis e não renováveis;
- A energia ao longo dos tempos;
A estrutura de oferta e demanda de energia, considerando todas as fontes renováveis e não renováveis e os diversos usos pela sociedade, constitui o que chamamos de matriz energética.
Estudar e compreender a evolução das fontes e demandas energéticas ao longo do tempo é essencial para projetar futuros cenários possíveis e se preparar para eles, de forma a ter energia suficiente para garantir o avanço socioeconômico.
Um aspecto essencial a ser considerado nos dias de hoje na escolha das fontes energéticas que devem compor a matriz energética de um país é o impacto ambiental produzido pelo uso da mesma. Isso porque sabemos que as ações antrópicas têm gerado sérias consequências ao equilíbrio do planeta como, por exemplo, a extinção de espécies e o aquecimento global.
Fontes renováveis e não renováveis.
As matrizes energéticas atuais abarcam fontes não renováveis e renováveis, onde a proporção entre elas varia de um país para outro dependendo das características geológicas e climáticas da região.
As principais fontes não renováveis são as derivadas dos fósseis, que como o próprio nome diz, não podem ser repostas na natureza. Isso porque foram formadas pela decomposição lenta de animais e vegetais mortos ao longo de milhares ou milhões de anos. Assim essas reservas são finitas, um dia terminam. Entre elas temos o carvão mineral, gás natural e petróleo e seus derivados.
Figura 1: Extração de petróleo.
Os impactos ambientais provocados pela utilização das fontes não renováveis são bem preocupantes, pois liberam gases poluentes durante sua combustão. Entre eles temos o dióxido de carbono, considerado atualmente como o principal causador do aquecimento global. Também são liberados o monóxido de carbono, um gás tóxico, e materiais particulados como, por exemplo, a fuligem. Em menor quantidade são ainda liberados óxidos de enxofre e óxido de nitrogênio que causam o fenômeno conhecido como chuva ácida.
As fontes renováveis são aquelas que não se esgotam com sua utilização. Entre elas temos: energia solar, eólica, geotérmica, hidráulica, nuclear, lenha e carvão vegetal e derivados da cana-de-açúcar, como o álcool, por exemplo. A lenha, o carvão vegetal e os derivados da cana são classificados como fontes renováveis porque podem ser produzidos, mas é lógico que existe uma limitação temporal na sua produção.
Figura 2: Energia eólica em Fortaleza, Ceará.
O impacto ambiental das fontes renováveis é menor do que o das fontes não renováveis, principalmente porque a sua queima não produz dióxido de carbono. Mas, apesar disso, elas geram outros tipos de impactos ambientais.
A construção de uma hidrelétrica, por exemplo, implica no deslocamento de várias espécies de animais de seu habitat natural, além do deslocamento de algumas comunidades ribeirinhas (próximas ao rio), devido ao alagamento de grandes áreas. Apesar de o IBAMA ter um programa de retirada e resgate de animais nessa situação, muitos terminam morrendo. O microclima no entorno da barragem também é alterado. Também pode causar erosão no solo costeiro ao lago e à barragem, ampliando os danos à vegetação do local – lembrando que parte da vegetação ficará submersa.
As fontes renováveis requerem grandes investimentos iniciais para sua utilização, o que acaba limitando a sua larga utilização. Atualmente, existe um esforço focado no desenvolvimento tecnológico que permita o seu barateamento.
A energia ao longo da história
Ao longo dos séculos, a matriz energética evoluiu bastante. Por muito tempo, nos primórdios da humanidade, a força muscular foi a principal fonte de energia utilizada pelo homem.
Há cerca de apenas 400 mil anos ocorreu o primeiro avanço tecnológico, o uso do fogo e de utensílios para a caça e pesca.
Posteriormente, por volta de 12 mil anos atrás, a Revolução Agrícola marcou o início do uso da tração animal, da força dos ventos e das quedas d’água na produção agrícola e pecuária.
Na Antiguidade a utilização do vento na navegação à vela foi essencial para a colonização e o comércio nas margens do Mediterrâneo, substituindo a navegação a remo.
Figura 3: Caravela.
Durante o Império Romano, no período de 31 a.C. a 410 d.C., a lenha foi muito utilizada para a produção de armas, no processo de forjar os metais. Isso causou o desmatamento de grande parte da Itália e da Península Ibérica.
Nessa mesma época, muito distante dali, na China foram introduzidas grandes inovações em tecnologia hidráulica, pela criação de dispositivos de elevação de água e sistemas de irrigação.
As mudanças na matriz energética mundial, em termos da diversidade de fontes e padrões de uso, não mudaram muito ao longo dos séculos até a Revolução Industrial.
O desenvolvimento tecnológico voltado à exploração de recursos energéticos foi notável entre os séculos XVIII e XIX, principalmente no que diz respeito à exploração e uso do carvão mineral e de outros combustíveis fósseis. Essa energia era utilizada nos meios de transporte, na indústria e na geração de energia elétrica.
A era do petróleo teve início em meados do século XIX, quando ele foi encontrado cerca de 20 metros de profundidade durante a construção de um poço de água. Inicialmente o petróleo foi utilizado só para a obtenção de querosene e de óleos lubrificantes. Nesse tempo, a gasolina gerada durante a destilação do petróleo era jogada fora nos rios ou queimada. Por vezes era misturada com querosene para produzir um perigoso explosivo.
A utilização da gasolina como combustível para carros só começou após a invenção dos motores de combustão interna e a produção de automóveis em grande escala.
Figura 4: Motor de carro de 1964.
Daí em diante, a demanda energética aumentou de maneira vertiginosa nos países industrializados, principalmente a demanda por eletricidade e derivados de petróleo.
Na década de 70, quando o mundo viveu uma séria crise do petróleo, devido ao aumento exorbitante de seu preço, as fontes alternativas de energia começaram a receber atenção e investimentos.
O Brasil investiu na produção do etanol extraído da cana-de-açúcar. Assim, nesse momento histórico, o Brasil se colocou à frente das outras nações na questão do uso de fontes renováveis de energia.
Dentro do contexto global, o Brasil permanece como um dos destaques na geração de energia de fontes renováveis, estando na frente de muitos países quando se trata da eficiência energética sustentável.
Impactos ambientais do uso dos combustíveis fósseis | Parte I
Sobre: Nesta vídeo aula mostra como a utilização dos combustíveis fósseis tem impactado o meio ambiente causando vários problemas, entre eles a poluição e as mudanças climáticas.
Impactos ambientais do uso dos combustíveis fósseis | Parte II
Sobre: Nesta vídeo aula mostra como a utilização dos combustíveis fósseis tem impactado o meio ambiente causando vários problemas, entre eles a poluição e as mudanças climáticas.
Atividade.
1) Mão na massa:
Onde e usado? Qual sua origem?
↖ ↗
ETANOL
↙ ↘
Vantagens Desvantagens
Onde e usado? Qual sua origem?
↖ ↗
GASOLINA
↙ ↘
Vantagens Desvantagens
Onde e usado? Qual sua origem?
↖ ↗
OLEO DIESEL
↙ ↘
Vantagens Desvantagens
Bom Trabalho!!!!
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