Energia e Ambiente

Código:

AMB2001

Sigla:

AMB2001

Nível:

200

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências do Ambiente

Ocorrência: 2021/2022 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Ciências e Tecnologia do Ambiente

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:CTA	53	Plano estudos a partir do ano letivo 2016/17	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Esta unidade curricular pretende fornecer uma formação básica sobre as fontes energéticas existentes e sobre os impactes ambientais resultantes da sua utilização.

Resultados de aprendizagem e competências

Após aprovação nesta unidade curricular, o estudante deverá ser capaz de:

 - compreender os princípios físicos associados à produção, conversão, conservação e transferência de energia;

- compreender os aspetos físicos subjacentes às energias renováveis Solar Térmica, Solar Fotovoltaica, Eólica e Geotérmica e tecnologias associadas;

- compreender o funcionamento de máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor;

- compreender os conceitos de eficiência térmica e coeficiente de desempenho;

- compreender os processos de transferência de calor por condução, convecção e radiação;

- compreender os conceitos de resistência térmica e resistência térmica equivalente;

- analisar e resolver problemas de Física na área de Energia e Ambiente;

- analisar quantitativamente processos geotérmicos a diferentes escalas e níveis de entalpia para geração de energia;

- reconhecer as formas de energia e ser capaz de obter informação estatística global da energia;

- explicar o modo de formação dos combustíveis fósseis, conhecer tecnologias de combustão e mitigação, e, os impactos ambientais associados;

- reconhecer que a produção de hidrogénio está intimamente ligada aos combustíveis fósseis e mercados e infraestruturas associadas.

- identificar recursos energéticos geológicos alternativos aos combustíveis fósseis;

 

Modo de trabalho

B-learning

Programa

MÓDULO I – ENERGIA. PRINCÍPIOS FÍSICOS E APLICAÇÕES

1. Energia no Universo.
    Princípio da conservação da energia.
    As diferentes formas de energia e suas aplicações.
2. Energias renováveis.
3. Transferência de calor.
    Condução térmica. Convecção. Radiação térmica.
    Características gerais da radiação térmica emitida por um corpo.
    Resistência térmica de condução, convecção e radiação.
    Aquecimento interior. Isolamento térmico.
4. Conversão de calor em trabalho,
    Rendimento térmico. Máquinas térmicas.
    Bomba de calor e refrigerador. Coeficiente de desempenho.
5. Energia solar.
    Espetro solar e constante solar.
    Efeito da inclinação do eixo de rotação da Terra na variação da insolação ao longo do ano.
    Cálculo da insolação em função do tempo e da latitude.
    Transporte de energia entre a região tropical e os polos.
    Energia solar térmica.
    Coletores solares: constituição, seletividade radiativa, potência calorífica captada e extraída. Eficiência de uma coletor solar.
    Princípio geral do aproveitamento térmico da energia solar.
    Termossifão. Sistemas de convecção forçada.
    Instalação doméstica integrada.
    O depósito solar.
    Aproveitamento elétrico da energia solar térmica.
    Espelhos concentradores.
6. Energia eólica.
    Potência mecânica do vento.
    Força de resistência de uma turbina.
    Potência mecânica extraída por uma turbina.
    Coeficiente de desempenho e limite de Betz.
    Curva de potência de uma turbina eólica e fatores de que depende.
    Efeito da altitude e do relevo.
    Constituição de uma turbina eólica.
7. Energia fotovoltaica.
    Princípio físico de funcionamento de uma célula fotovoltaica.
    Curva característica e ponto de potência máxima.
    Módulos e painéis fotovoltaicos. Eficiência fotovoltaica.

 

MÓDULO II – RECURSOS GEOLÓGICOS ENERGÉTICOS
2.1 Terminologia das fontes energéticas e estatísticas da energia e emissões associadas.
2.2 Combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural)
2.2.1 A formação dos combustíveis fósseis
2.2.2 Utilização do carvão, petróleo e gás natural.
2.2.2.1 Altos fornos, aquecimento industrial e doméstico, geração de electricidade.
2.2.2.2 Tecnologias de combustão do carvão (clássicas e HELE) e de mitigação de impacto ambiental resultante da combustão.
2.2.3 Impacto ambiental dos combustíveis fósseis na exploração, no transporte, na transformação e na utilização (hidrocarbonetos, CO, NOx, SOx, Alcatrões, PM).
2.2.4 Subprodutos da combustão do carvão (escória, cinzas e gêsso) e da refinação do petróleo (parafinas, enxofre e alcatrão)
2.3 Produção do hidrogénio a partir dos combustíveis fósseis
2.4 Recursos energéticos geológicos alternativos aos combustíveis fósseis
2.4.1 Alternativa geotérmica
Sistema geotérmico e os principais tipos de recursos geotérmicos. Campos geotérmicos. Geotermia de alta e de baixa entalpia e suas características. Técnicas de exploração dos recursos geotérmicos e condicionalismo da utilização.
2.4.2 Alternativa nuclear
2.4.2.1 Urânio e suas aplicações. A exploração do urânio em Portugal.
2.4.2.2 Impacto ambiental da energia nuclear: na exploração e na utilização (combustível usado e acidentes)
2.4.4 Um Mundo com energia renovável de alta tecnologia e a baterias
2.4.4.1 Proveniência do minerais e elementos que entram na composição dos aerogeradores (estruturas de aço e supermagnetos), painéis solares, baterias (Si, REE, ligantes à base de C-F-Al-P-S, massas betuminosas e coque de petróleo, grafite, Li, Pb, Ni, Co).
2.4.4.2 Impacto ambiental e reciclagem.

Bibliografia Obrigatória

M. A. Salgueiro da Silva; Apontamentos das aulas do módulo de Física., 2015
Iuliu Bobos Radu, Bruno Renato Valério Valentim; Apontamentos das aulas do módulo de Geologia,, 2015
Godfrey Boyle; Renewable Energy – Power for a Sustainable Future, 2nd ed., Oxford University Press, 2004
Volker Quasching; Understanding Renewable Energy Systems , Earthscan, London , 2005
Egbert Boeker, Rienk van Grondelle; Environmental Physics , Willey & Sons , 1999
Marion Jerry B.; Energy in perspective. ISBN: 0-12-472275-X
Hélder Gonçalves, António Joyce, Luís Silva; Energias Renováveis em Portugal – FORUM, ADENE-Agência para a Energia
Yoichi Kaya and Keiichi Yokobori; Environment, Energy, and Economy – Strategies for Sustainability , United Nations University Press, 1997
Stober, I., Bucher, K. ; Geothermal Energy: From Theoretical Models to Exploration and Development, Springer Verlag, 2013
Taylor, G.H., Teichmüller, M., Davis, D., Diessel, C.F.K., Littke, R. & Robert, P.,; Organic Petrology, 704 pp, Gebrüder Borntraeger. Berlin, Stuttgart, 1998
Tissot B.p.; Petroleum Formation and Occurrence
International Energy Agency. ; KEY WORLD ENERGY STATISTICS, IEA Publications, 2020
Adams, D.M.B., et al.,; Coal combustion technologies, IEA Clean Coal Centre , 2007
Carpenter, A.M., et al., ; Fundamentals of coal combustion, IEA Clean Coal Centre , 2007
Adams, D.MB., et al., ; Greenhouse gases – emissions and control, IEA Clean Coal Centre , 2008
Sloss, L., Loria, E.; Understanding the role of coal in the energy trilemma, IEA Clean Coal Centre , 2008
Alexandre Chagnes Jolanta Swiatowska; Lithium Process Chemistry: Resources, Extraction, Batteries, and Recycling , Elsevier, 2015. ISBN: 9780128016862
Michel Cuney, Claude Valsardieu; Regards sur l'uranium. Tome 3 : Les concentrations naturelles d'uranium, ESKA , 2001. ISBN: 9782869118027
IEA; The future of hydrogen. Seizing today’s opportunities, IEA Clean Coal Centre , 2019

Observações Bibliográficas

Bibliografia complementar pode ser dada durante os diferentes tópicos específicos.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas e teórico-práticas.

Módulo de Física:

As aulas serão lecionadas online. Os conteúdos didáticos, incluindo resoluções de problemas de aulas teórico-práticas e de provas de avaliação de anos anteriores, serão disponibilizados na plataforma Moodle.

Fóruns de discussão na plataforma Moodle para esclarecimento de dúvidas.

Módulo de Geologia:

Apresentação e discussão dos conteúdos recorrendo a estudos de caso. Como recurso didático da componente teórica, serão usadas apresentações em Powerpoint onde se incluem como agentes de motivação a análise e discussão de gráficos, esquemas e imagens. Os recursos didáticos da componente prática incluem amostras de mão de rochas carbonosas, análise de relatórios estatísticos da Agência Internacional de Energia e da Direcção-Geral de Energia e Geologia.

Sempre que possível, as aulas serão enriquecidas com palestras proferidas por especialistas convidados, webinares, saídas de campo e visitas de estudo a laboratórios e unidades industriais de transformação e/ou conversão.

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	106,00
Frequência das aulas	56,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para obterem frequência à unidade curricular, os estudantes deverão frequentar, pelo menos, 3/4 das aulas teórico-práticas lecionadas.

Os estudantes que tenham frequentado a unidade curricular no ano anterior e tenham obtido frequência podem solicitar dispensa das aulas teórico-práticas.

Fórmula de cálculo da classificação final

Nota final = 0.5*Nota(Módulo I) + 0.5*Nota(Módulo II)

Nota mínima a cada um dos módulos: 7.0 valores