CONCEITO DE ENERGIA

Nota prévia: para nos ajudar a uma melhor reflexão sobre os temas deste blog, achei que seria interessante introduzir um texto com alguns conceitos, que nos ajudem a melhorar a nossa perceção, para esta "coisa estranha" a que chamamos energia. Boa leitura!

“Ainda não sabemos o que é a energia. Não sabemos ainda, por ser a energia uma coisa estranha.”

Richard Fleynman (1918-88). Prémio Nobel da Física em 1965

A ORIGEM DA PALAVRA

A palavra energia, deriva da palavra grega “Energheia” que significa actividade.

Nos tempos antigos o termo energia usava-se para indicar força, vigor, potência do corpo e da natureza e com este significado chegou até aos nossos dias. Mas os antigos gregos, usavam também a palavra “Energheia” para assinalar a atitude dos escravos no cumprimento de um trabalho. Este significado, recuperou-se na segunda metade do século XVIII, com o início da revolução industrial, para descrever as leis que regulavam a capacidade das novas máquinas cumprirem determinado trabalho. A partir desse momento, a definição de energia na linguagem científica passou a ser “a capacidade de realizar trabalho”.

A ENERGIA É MULTIFORME E TRANSFORMA-SE

Existem dois grandes tipos de energia: a energia cinética ou dinâmica é aquela que se manifesta através de um corpo em movimento; por outro lado, a energia associada à posição de um objecto, chama-se energia potencial. Por exemplo, uma pedra em cima de uma mesa contém energia potencial. Se empurrarmos essa pedra para o chão, a pedra em movimento usa energia cinética. Da mesma forma, os alimentos que nós ingerimos, contêm energia química que o nosso corpo armazena – energia potencial, até ser libertada no desempenho das nossas actividades – energia cinética.

A energia pode existir numa variedade de formas e pode ser transformada de um tipo de energia para outro. Contudo, estas transformações obedecem a um princípio dos mais fundamentais de toda a ciência: o Princípio da Conservação de Energia – “numa transformação, a energia não é criada nem destruída” ou seja, a quantidade de energia contida no Universo é constante e eterna.

Existem assim, várias formas de energia que se transformam entre si: energia térmica, energia luminosa, energia mecânica, energia eléctrica, energia química e energia nuclear. Cada gesto do nosso quotidiano, implica uma transformação de energia: por exemplo, quando acendemos uma lâmpada, a energia eléctrica transportada pela corrente eléctrica, vem até ao filamento da lâmpada e transforma-se em energia térmica (a lâmpada aquece) e em energia luminosa (a lâmpada ilumina a nossa mesa); já na fotossíntese, a clorofila das plantas transforma a energia luminosa do sol em energia química, que permanece armazenada nas plantas até entrar na cadeia alimentar e assim continuar a sofrer sucessivas transformações energéticas. Em última análise, todos os seres vivos devem a sua existência à capacidade de cada um retirar a energia do ambiente e de a transformar numa forma útil ao seu funcionamento vital.

AS FONTES DE ENERGIA

O ser humano tem sido pródigo em “exigir” do meio ambiente fontes de energia para serem transformadas em formas de energia que possam ser directamente utilizáveis na satisfação das suas comodidades e das suas necessidades: um automóvel ou um motor eléctrico, são exemplos de máquinas capazes de transformar uma forma de energia numa outra, para a satisfação das exigências da nossa sociedade.

Todas as formas de energia estão armazenadas de maneiras diferentes nas várias fontes de energia que temos à nossa disposição e que  podem dividir-se em fontes de energia renováveis ou alternativas e fontes de energia não renováveis ou convencionais: no primeiro grupo incluimos a energia hídrica, eólica, solar, geotémica, marés, ondas e biomassa, já que são fontes de energia inesgotáveis, que podem ser repostas no curto ou médio prazo, espontâneamente ou por intervenção humana; no grupo das energias não renováveis, incluem-se o carvão, o gás natural, o petróleo (que representam a grande fatia das fontes de energia consumidas pela humanidade) e o urânio (que constitui a base do combustível nuclear), já que a quantidade existente na natureza é limitada e portanto o seu consumo esgota os “stocks”  existentes.

COMO SE MEDE A ENERGIA

Uma das dificuldades na abordagem dos temas relacionados com os recursos energéticos, é o grande número de unidades de medida utilizado, em função dos diferentes tipos de combustível que nos aparecem referenciados, quer no sistema britânico (pés, galões e libras), quer no sistema métrico (metros, litros e quilogramas).

 A energia pode de facto ser medida de várias maneiras: barris para o petróleo; metros cúbicos para o gás natural; toneladas para o carvão; quilowatt-horas para a electricidade... Mas para comparar os diferentes combustíveis, é necessário saber converter as medidas para as mesmas unidades e assim, poder comparar o conteúdo energético e os custos das diferentes energias.

Uma das unidades usadas para medir e comparar o conteúdo energético de um combustível é o Btu (british thermal unit), que é uma medida britânica que mede a energia calorífica. Um Btu é a “quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de uma libra de água (0,454 litros) em um grau Farenheit”.

A energia pode também ser medida em Joules que é uma unidade de força mecânica. Um Joule é a “quantidade de energia necessária para levantar 454 gramas (uma libra) do chão a uma altura de nove polegadas (22,86 cm)”. São necessários 1055 Joules para igualar 1 Btu.

Por exemplo a quantidade de energia contida num barril de petróleo bruto (159 litros) é de 5,6 milhões de BTUs e um KWh (kilowatt-hora ou 1000 watts/hora) de electricidade é igual a 3.412 BTUs. Assim, podemos calcular a equivalência entre barris de petróleo e killowatts-hora, e determinar que, em termos energéticos um barril de petróleo bruto é igual a cerca de 1650 KWh e que com essa quantidade de energia podemos manter acesa uma lâmpada de 100 watts durante 16500 horas. (o consumo de eletricidade de uma família média em Portugal, é de cerca de 350 KWh/mês) 

Ou então, podemos decidir qual é a energia mais barata para aquecer a nossa casa. Por exemplo, se usarmos 2000 m3  de gás natural para aquecer a nossa casa no Inverno (o consumo de gás natural de uma família média em Portugal é de cerca de 350 m3/mês), como sabemos que a energia contida num m3 de gás natural é de 36.233 BTUs/m3 depressa concluímos que em termos energéticos usamos 72.466.000BTUs. Ora como a energia contida num litro de óleo diesel é de 36.720 BTUs, iremos necessitar de 1973 litros de diesel para conseguir a mesma quantidade de energia. Depois é só fazer contas ao preço unitário e tomar a melhor opção.

Por outro lado, uma caloria é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água em um grau centígrado. Sabendo que uma caloria é igual a 4,184 joules e sabendo que um homem adulto consome cerca de 2.400 kcal (ou seja 2.400.000 calorias) é possível determinar as suas necessidades energéticas diárias em joules e concluir que ele necessita de cerca de 10.050 kj (kilojoules por dia).

Já agora, podemos ficar a saber que a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de 1 kg de água em 1 ºC é de 4.186 joules, e que essa energia é capaz de elevar essa água a 427 metros de altura. Essa constatação, permite-nos tomar decisões sobre estratégias de conservação de energia, já que podemos concluir que, o aquecimento tem necessidades energéticas muito mais intensivas.

Para se medir energia, é necessário também ter uma noção clara dos múltiplos do sistema métrico. Por exemplo 1 watt multiplicado por 1000 é igual 1 quilowatt que multiplicado por mil é igual a um mega watt e assim sucessivamente giga, tera ou peta watt .

Enfim, o estudo e a análise das questões energéticas, obriga a ter sempre presente, tabelas de conversão de unidades de medidas, que permitam fazer a integração e a comparação entre as muitas unidades de medida físicas e energéticas utilizadas.

CONSUMIR MAS……

Como é fácil de entender, o uso de energia no mundo atinge números astronómicos. No início do século XXI, a humanidade usava cerca de 430 quads / ano de energia, provenientes na sua grande maioria das energias não renováveis - (No vetor da energia do carvão, um quad equivale a cerca de 36 milhões de toneladas!!)

Para melhor se apreciar a grandeza dos números, podemos ficar a saber que um quad é igual a 10¹⁵ BTUs ou seja, o consumo energético do mundo no início do século XXI é de cerca de 430.000.000.000.000.000 BTUs (430 quatrilhões de BTUs) e a Agência Internacional de Energia estima que o consumo energético cresça a um ritmo que se aproxima dos 2% ao ano, até ao ano de 2040. Nessas previsões, as energias não renováveis irão continuar a contribuir com a maior fatia das nossas necessidades energéticas.

Dá que pensar!