_Hinrichs_Kleinback

68 Energia e Meio Ambiente
volta ao lago ou corpo d'água, resultando em poluição térmica. A água condensada é,
então, bombeada de volta à caldeira para ser reciclada através do processo inteiro. A entrada
total de energia neste sistema é obtida na energia química do combustível e do ar
para combustão e na energia térmica da água de refrigeração do condensador. A saída de
energia está na energia elétrica gerada e exportada pela usina, na energia térmica da água
quente que deixa o condensador e nos gases de combustão emitidos pela chaminé.
Nenhuma energia é armazenada, já que a água retorna à caldeira com a mesma energia
térmica de quando o processo foi originalmente iniciado. Utilizando a notação E x
como a
energia associada ao item x, podemos escrever a equação de conservação de energia da
usina como
D. Eficiências na Conversão de Energia
Mesmo que a energia seja conservada em um processo de conversão de energia, a produção
de energia útil ou trabalho útil será menor que a entrada de energia. A eficiência de
um processo de conversão de energia é definida como
A entrada de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis
(como resíduos de calor). No exemplo da usina de energia da seção anterior, apenas
uma fração da entrada de energia (em essência a energia química do combustível) na usina
geradora é transformada em energia elétrica. A porcentagem da energia do combustível
convertida em energia elétrica é a eficiência da usina e é de aproximadamente 35% para
uma usina convencional que utilize combustíveis fósseis. Utilizando nossa notação prévia,
Apesar de essencialmente toda a energia química do combustível ser convertida em calor
durante a combustão, 65% deste calor é transferido para a água que sai do condensador e
para os gases que saem pela chaminé. Este calor termina em um lago ou rio como a energia
térmica aumentada da água ou na atmosfera quando torres de resfriamento são usadas.
As eficiências de outros esquemas de conversão de energia são apresentadas na
Tabela 3.1. Os valores de eficiência variam de aproximadamente 5% para as lâmpadas incandescentes
(que convertem energia elétrica em luz) até 95% para os melhores motores
elétricos (que convertem energia elétrica em energia mecânica). Como veremos no
Capítulo 4, as leis da termodinâmica limitam as eficiências que podem ser alcançadas em
algumas destas conversões, especialmente naquelas que envolvem a conversão de calor
em energia mecânica. Eficiência aumentada no uso de energia significa que a mesma tarefa
pode ser realizada com uma quantidade de energia menor.
No caso de um processo com diversas etapas, a eficiência geral será igual ao produto
das eficiências individuais. Por exemplo (Figura 3.4), se a eficiência da conversão de energia
química do carvão em eletricidade é de 35%, a eficiência da transmissão de energia
através de linhas de alta tensão é de 90% e a conversão de eletricidade em luz por uma
lâmpada incandescente é de 5%, então a eficiência geral da conversão de energia química
em luz visível é = 0,35 x 0,90 x 0,05 = 0,016 = 16%. (Observe que a eficiência geral nunca
será maior que a da etapa do processo com menor eficiência).