sexta-feira, setembro 05, 2008

Unidades de Energia e de Potência

Grande confusão, as unidades de energia! Parece que cada área de actividade faz questão de usar uma unidade diferente... Vamos lá clarificar ideias sobre isto.

As duas unidades mais importantes são a caloria e o Joule, que têm origens bem diferentes.

A caloria (cal) é a quantidade de energia necessária para elevar de 1ºC um grama de água (em certas condições, mas isso não é relevante). É muito usada quando a forma de energia envolvida é o calor.

Nas medidas da energia consumida pelos seres vivos usa-se a cal. Mas como é uma unidade muito pequena, usa-se o seu múltiplo kcal, que vale 1000 cal, naturalmente. Por exemplo, a dose diária recomendada (DDR) de energia que um ser humano deve obter dos alimentos andará pelas 2000 kcal. Mas nos rótulos do valor energético dos produtos alimentares, ou nas máquinas do ginásio, muitas vezes encontrarão «cal» (às vezes «Cal») para designar «kcal». Temos por isso de ter atenção: quando virmos escrito “cal” pode estar a representar “kcal”.

O Joule (J) nasce na mecânica: é a quantidade de energia necessária para elevar de 1m um peso de cerca de 100g à superfície da Terra.

Pareceriam referir-se a duas coisas muito diferentes: a caloria a «calor» e o Joule a «trabalho»; mas sabemos que com a electricidade tanto podemos produzir calor como trabalho, não é verdade? Portanto, estas duas medidas de energia, de génese tão diferente, são redutíveis uma na outra e sabemos qual é a relação entre elas:

1cal= 4,184 J

Bem, e o watt, perguntarão vocês?

O Watt nasce por outra via. Quando fazemos um motor, este destina-se a gerar um fluxo de energia – uma certa quantidade de energia todos os segundos. A «energia por unidade de tempo» chama-se Potência. Portanto, um motor caracteriza-se pela potência que produz; e esta deverá medir-se logicamente em joules por segundo – J/s. A esta unidade de potência chamou-se Watt (W).

A Electricidade veio permitir a comercialização directa de energia – em vez de se vender litros de petróleo ou kilos de carvão, com a electricidade vende-se directamente a energia. Portanto, algo que se poderia contabilizar em Joules. Simplesmente, os motores eléctricos são definidos pela sua potência em W; toda a gente sabe que o W é uma medida de potência mas ninguém sabe o que é um joule. Ora um motor com a potência de 1 W, se estiver a trabalhar durante uma hora, que quantidade de energia consome? Se tem a potência de 1W, isso significa que consome 1 Joule em cada segundo; numa hora consome 3600 J, portanto.

Bem, aqui alguém teve um rasgo de génio (ou talvez fosse simplemente inglês, logo não poderia usar uma unidade que não fosse inglesa...) e lembrou-se do seguinte: se o motor tem a potência de 1W, numa hora consome 1W vezes 1hora, ou 1Wh (watt hora)! Assim se criou uma nova unidade de energia, o watt-hora: Wh.

Então:

1Wh=3600 J=860 cal

ou

1 Wh=0,86 kcal (ou 1kcal=1,16 Wh)

Por exemplo, as 2000 kcal da DDR para os seres humanos são 2320 Wh ou 2,3 kWh

Reparem que W é uma unidade de Potência e Wh é de Energia!

Isto permite-nos calcular imediatamente que o ser humano precisa de cerca de 100 Wh em cada hora (2320 Wh a dividir por 24h), ou seja, tem o consumo (potência) de 100W, gasta a mesma energia para sobreviver que gasta uma lâmpada de incandescência de 100W. Cada um de nós é uma lâmpada de 100W acesa noite e dia (na realidade é mais, como veremos).

Como vamos trabalhar com grandes números, teremos de recorrer aos conhecidos múltiplos: k (quilo) para mil, M (mega) para um milhão, G (giga) para mil milhões; por exemplo,

1GWh=1000MWh=1000 000kWh=1000 000 000 Wh=10^9 Wh

No post anterior apresentei cálculos da energia sustentável por ano; ora isto é uma Potência, uma vez que é uma energia por unidade de tempo (um ano): GWh/ano. Podemos convertê-la noutras unidades de potência, por exemplo, o kW:

1GWh/ano = 114 kW

Portanto, se tivermos uma máquina com uma potência de 114 kW a funcionar noite e dia, ao fim de um ano terá produzido 1GWh de energia.

Isto permite-nos fazer facilmente um cálculo interessante: sabendo a potência disponível, a que cada humano precisa e o número de pessoas no Mundo, podemos fazer um primeiro balanço da situação energética da humanidade! Aqui fica o desafio aos corajosos leitores, uma espécie de exercício de “Train your brain”...

Ah, e se quiserem saber qual é a potência do carro em kW, aqui fica a relação com as unidades habitualmente usadas:

1 hp (horsepower)= 745,7 W
1 cv (cavalo vapor)=735,5 W
.

9 comentários:

antonio - o implume disse...

Como suspeitava, desde o post anterior, isto só podia ser más notícias... é que eles estão a fazer uma campanha para substituir as lâmpadas de incandescência!

Proponho uma humanidade de lâmpadas fluorescentes!

Já agora tem um erro na escrita, deveria estar 10^9 Wh.
(eu ainda não me esqueci do teorema de Pitágoras...)

Joaninha disse...

Nããããão!

Fisica do 9ano nãããão!

POr favor Alf não me relembres do quanto os meus dois neuronios sofreram perante estes verdadeiros simbolos extraterrestes :)

Foi uma piadinha...

Beijos

(Agora que os meus neuronios não estão a ouvir excelente post, vou dar-lhe uma nova lida durente o fds se conseguir)

alf disse...

António

Boa ideia hehe! O pior é que é ao contrário... os humanos estão cada vez maiores e mais comilões... em Portugal já passamos dos 150W por pessoa...

Obrigado pelo aviso - no sapo isso não acontecia, no texto original estava o «9» em sobreescrito..

alf disse...

Joaninha, não stresses! Não precisas de te preocupar com este post, a não ser que queiras verificar as contas que eu irei apresentando - mas se isso acontecer, então podes vir a este post tirar as dúvidas, foi para isso que eu o escrevi - ou, em alternativa, vai à wikipedia.

Mas também te digo: aqui tens uma oportunidade de perceberes a factura da EDP!

antonio - o implume disse...

Bem visto! Finalmente uma utilidade nestes posts: percebermos a factura da EDP; desconfio que isso não contribua para a nossa felicidade...

Diogo disse...

Você devia ser professor Alf. Supervisado por mim, evidentemente.

alf disse...

Meus amigos voces falam falam mas não dizem nada rsrsrs(mentira, dizem coisas divertidas e estimulantes, mas esta frase vinha a propósito e eu não resisto...):

- Alguém se atreve a dizer quanta é, afinal, a energia que a humanidade consome no simples acto de existir? é fácil, se cada pessoa é uma lâmpada de 100W e as pessoas são uns 6,5 mil milhões... é só não tropeçar nos zeros... e depois calcular quanto é isso ao fim de um ano, para dar o resultado em GWh/ano (a conversão de kW para GWh/ano vem listada no post)... ainda é mais simples que o problema das torneiras!

..ou então tenho de pedir ao Diogo que me supervisione porque como professor sou um desastre...

joshua disse...

Tinha de me render ao cálculo. E rendo. Por ser eu, aquele eu tão concêntrico que bem conheces e bem defines porque eu o admito, devo ser dos que fogem da média e ultrapassam as 100 wh/energia/hora.

Talvez não me deva conformar em ser uma lâmpada que brilhe mais que as demais e brilhe de mais não eu, novamente eu, transformar-me na mariposa obsessiva e narcísica de mim mesmo.

Abraço e, para todos os efeitos, considera-te linkado, Alfredo.

PALAVROSSAVRVS REX

alf disse...

joshua, obrigado.

é bom percebermos que somos uma espécie de lâmpada - é a consciência disso que nos permite ficarmos perto de nós e não nos ofuscarmos com a nossa própria luz, sermos uma mariposa capaz de voar em todas as direções e não apenas em círculos cada vez mais fechados - um voo iluminado pela nossa própria luz, que já não nos ofusca mas que nos guia.

Grande abraço