Balanço energético terrestre

(1)

(2)

CS esp =1.37 kW / m!. CS max sup =1kW / m!

(3)

(4)

Situação térmica da Terra desde a revolução

industrial

(5)

Crosta terrestre - transporte condutivo

Q= k("t/"z)

Q=0.07W/m2

Alto gradiente térmico observado na crosta, implica transporte de calor por condução. Se continuar no manto a 200 km t # 4000º .

250 500 750 1000 15 20 25 35 40 tºC m !t/!z=20ºC/km K=3.5w/m/ºC !t/!z=47ºC/km K=1.5w/m/ºC !t/!z=21ºC/km K=3.3w/m/ºC Q1 Q2 Q3 Dados inseguros calcáreo xisto granito Q -Fluxo térmico

(6)

Adaptado de Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. © Blackwell Scientific. Oxford.

Crosta Velocidade(km/sec) Litosfera

Manto Núcleo Externo 0 5 10 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Prof. (km) ondas S Ondas P Núcleo Interno Asteno-sfera Sólido Líquido Meso-sfera ondas S Composição Reologia

Situação térmica do globo

No manto "t/"z estima-se em 0.3ºC/km. O transporte de calor deve ser assim diferente

(7)

Fluxo térmico na crosta continental

•!Fluxo térmico nos continentes é igual a soma de calor

mantélico q₀ e da produção propria da crosta dA

Fontes prof. q₀

q= q₀+dA

(8)

Fluxo térmico na crosta oceânica

•!Fluxo térmico atravès da crosta oceânica representa

(9)

Fontes do calor terrestre

interno

(10)

Fluxo térmico a escala global

65 mWm-2_{média de oceano e 101 mWm}-2 _{nos continentes,}

(11)

Evolução temporal dos componentes do fluxo térmico 100 10 1 Productividade calorífica (10 12 W/kg) T (Ma) 4000 3000 2000 1000 0 Total 232_{Th t} 1/2= 1.4*1010 a 238_{U t} 1/2= 4.47*109 a 40_{K t} 1/2= 1.25*109 a 235_{U t} 1/2= 7.04*108 a

Geosfera/isótopo 238_{U (ppm)} 232_{Th (ppm)} 40_{K (%)} _$w/m3 _{Volume (m}3)_{Prod. Total (W)}

Crosta continental 3.5 15 3.2 2.2 5*1018 _1.1*1013

Crosta oceânica 0.9 2.7 0.4 0.4 2.5*1018 _1.0*1012

Manto 0.015 0.08 0.1 0.02 9*1020 _1.8*1013

Total _{2.9 *10}13

(12)

5 km! Boina Bacia do Odelouca Bacia do Arade Arade Estuary Portimão! Albufeira! Atlantic Ocean! Maciço Monchique! Radioactividade em Monchique

(13)

Transporte do calor no manto

!

R = " # $ta # g # %# z

3 & #'

Aparecimento e o vigor da convecção define parâmetro R - o nº de Rayligh (sem

dimensões)

•!R< 2000 todo calor é transportado por condução.

•!No manto !=2*10-5_K-1_{, g=10ms}-1_{"=4.66 tm}-3_,

k=10-6_m2_s-1_{, #=10}21_{Pa s assim}

R# 106_{o que indica convecção vigorosa}

500 1500 2500 ºC 500 1000 1500 2000 2500 Adiabata mantélica km núcleo l. oceânica l. continental

Perfil hipotético de temperatura no manto terrestre

(14)

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

(15)

4.9 3.1 _2.96 0.286 1.21 0.31 0.828 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 TW

Petr. Carv. Biomassa Nuclear

Gas Hidro

(Total: 15.6 TW)

Renov.

(16)

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 *10}17_Wh _{1Wh = 3.6*10}3_J

(17)

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

(18)

Aproveitamento directo para

aquecimento de casas

.

(19)

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

(20)

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

(21)

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

(22)

Energia geotérmica

Fluxo médio na superfície continental 0.057 W/m2

Total potencial geotermal nos continentes 11.6 TW

Total potencial geotermal nos oceanos 30 TW

Furos sem vapor após 5 anos !

Potencia dum bom furo geotérmico 5 MW

(23)

0.1 1 10 100

0.1 1 10 100 1000

Consumo de energia Per Capita (106_Btu/Pessoa)

GDP

Per Capita ($1000/Pessoa)

Burkina Faso _Bangladesh El Salvador China Mexico United Kingdom France Japan Russia Poland South Korea USA

Fonte: EIA Country Energy Data Reports

(24)

Procura energética no mundo e sua evolução

se tudo ficar na mesma (2003)

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Mtoe Petroleo Gás Natural Carvão Nuclear Hidroelectrica

(25)

Energias renováveis em produção energética

de acordo com metas aprovadas

0 5 10 15 20 25 30 35 2000 2030 Referencia 2030 Alternativa 2000 2030 Referencia 2030 Alternativa 2000 2030 Referencia 2030 Alternativa %

Não hidro Hidro

US & Canada Europa Japão, Australia

(26)

OECD - Emissões CO2

7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 12,000 13,000 14,000 15,000 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Mt de CO2

(27)

Directiva 2001/77/EC ReferenceValuesforEUMemberStates'NationalIndicativeTargetsfor theContributionof ElectricityProducedfromREStoGrossElectricityConsumptionby2010 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % RES-E% 1997 RES-E% 2010

Perspectiva europeia de produção da energia

eléctrica das fontes renováveis

(28)

Combustíveis fósseis vs fontes renováveis

A produção global de electricidade vai dobrar dentro de ± 25 anos. As fontes renováveis aumentarão 57%