Densidade de energia
Densidade de energia é a relação entre a quantidade de energia contida em um dado sistema ou região do espaço e o volume ou a massa, dependendo do contexto, deste sistema/região.
Em contextos, é evidente qual grandeza é mais útil: por exemplo, em um foguete a densidade em relação à massa é o mais importante parâmetro; mas quando se estuda um gás pressurizado ou magnetoidrodinâmica, densidade em relação ao volume é o mais adequado. Em determinadas situações, (comparando, por exemplo, a eficiência de combustíveis, como hidrogênio e gasolina), ambos os valores são apropriados e devem ser explicitados. (O hidrogênio tem maior densidade energética por unidade de massa do que a gasolina, mas densidade energética por unidade de volume muito mais baixa.)
A densidade energética por unidade de volume tem as mesmas unidades físicas da pressão, e em muitas circunstâncias é um sinônimo exato: por exemplo, a densidade de energia do campo magnético podem ser expressa como (e se comporta como) uma pressão física, e a energia requerida para comprimir um gás pode ser calculada multiplicando-se a pressão do gás comprimido por sua alteração de volume.
Densidade de energia em armazenamento e em combustíveis
[editar | editar código-fonte]Em análises de armazenamento de energia, a densidade de energia relaciona a massa de um corpo com a energia nele armazenada. Quanto mais alta a densidade de energia, mais energia pode ser armazenada ou transportada pela mesma quantidade de massa.
No contexto de seleção de combustíveis, a densidade de um combustível é também chamada de energia específica deste combustível.
Densidade de energia gravimétrica e volumétrica de alguns combustíveis e tecnologias de armazenamento (modificado do artigo sobre gasolina):
- Nota: Alguns valores podem não ser precisos por causa de isômeros ou outras irregularidades. Ver poder calorífico para uma tabela compreendendo energias específicas de combustíveis importantes.
- Esta tabela não leva em consideração a massa e o volume do oxigênio exigido para muitas das reações químicas, porque se supõe que esteja disponível livre e presente na atmosfera. Nos casos onde isto não é verdadeiro (como o combustível de foguetes), o oxigênio é incluído como comburente.
Tipo de armazenagem | Densidade de energia por massa (MJ/kg) | Densidade de energia por volume (MJ/L) | Pico de eficiência de recuperação (%) | Eficiência de recuperação prática (%) | |
---|---|---|---|---|---|
Equivalência massa-energia | 89.876.000.000 | ||||
Energia de ligação do núcleo hélio-4 | 683.000.000 | 8.57x1024 | |||
Fusão nuclear do hidrogênio (fonte energia do Sol) | 645.000.000 | ||||
Fissão nuclear (de U-235) (Usado em usinas nucleares) | 88.250.000 | 1.500.000.000 | |||
Urânio natural (99,3% U238, 0,7% U235) em reator reprodutor rápido[2] | 24.000.000 | 50% | |||
Urânio enriquecido (3,5% U235) em reator de água leve | 3.456.000 | 30% | |||
Isômero Hf-178m2 | 1.326.000 | 17.649.060 | |||
Urânio natural (0,7% U235) em reator de água leve | 443.000 | 30% | |||
Isômero Ta-180m | 41.340 | 689.964 | |||
Hidrogênio líquido | 143 | 10.1 | |||
Hidrogênio gasoso comprimido a 700 bar [3] | 143 | 5,6 | |||
Hidrogênio gasoso a temperatura ambiente[carece de fontes] | 143 | 0,01079 | |||
Berílio (tóxico) (queimado ao ar) | 67,6 | 125,1 | |||
Borohidreto de lítio (queimado ao ar) | 65,2 | 43,4 | |||
Boro [4] (queimado ao ar) | 58,9 | 137,8 | |||
Gás natural comprimido a 200 bar | 53,6 [5] | 10 | |||
LPG propano [6] | 49,6 | 25,3 | |||
LPG butano | 49,1 | 27,7 | |||
Gasolina[7] | 46,9 | 34,6 | |||
Óleo diesel/residencial óleo de calefação[8] | 45,8 | 38,7 | |||
Plástico polietileno | 46,3 [9] | 42,6 | |||
Plástico polipropileno | 46,3 [10] | 41,7 | |||
gasohol (10% etanol 90% gasolina) | 43,54 | 28,06 (não consistente com detalhe) | |||
Lítio (queimado ao ar) | 43,1 | 23,0 | |||
Jet A combustível de aviação [11] / querosene | 42,8 | 33 | |||
Óleo biodiesel (óleo vegetal) | 42,20 | 33 | |||
DMF (2,5-dimetilfurano) | 42 [12] | 37,8 | |||
Óleo cru (de acordo com a definição de tonelada equivalente de óleo) | 41,87 | 37 [13] | |||
Plástico poliestireno | 41,4 [14] | 43,5 | |||
Metabolismo de gordura corporal | 38 | 35 | [15] | 22-26%||
Butanol | 36,6 | 29,2 | |||
Energia específica orbital da baixa órbita terrestre | 33 (aprox.) | ||||
Grafita (queimada ao ar) | 32,7 | 72,9 | |||
Carvão antracita | 32,5 | 72,4 | 36% | ||
Silício (queimado ao ar)[16] | 32,2 | 75,1 | |||
Alumínio (queimado ao ar) | 31,0 | 83,8 | |||
Etanol | 30 | 24 | |||
Plástico poliéster | 26,0 [17] | 35,6 | |||
Magnésio (queimado ao ar) | 24,7 | 43,0 | |||
Carvão betuminoso [18] | 24 | 20 | |||
Plástico PET | 23,5 (impuro) [19] | ||||
Metanol | 19,7 | 15,6 | |||
Hidrazina (tóxica) queimada a N2+H2O | 19,5 | 19,3 | |||
Amônia (queimada a N2+H2O) | 18,6 | 11,5 | |||
Plástico PVC (combustão tóxica imprópria) | 18,0 [20] | 25,2 | |||
Metabolismo de açúcares, carboidratos e proteínas | 17 | 26,2(dextrose) | [21] | 22-26%||
Cl2O7 + CH4 - calculado | 17,4 | ||||
Carvão lignita | 14-19 | ||||
Cálcio (queimado ao ar) | 15,9 | 24,6 | |||
Esterco de bovinos seco e de camelos | 15,5 [22] | ||||
Madeira | 6–17 [23] | 1,8–3,2 | |||
Hidrogênio líquido + oxigênio (como oxidante) (1:8 (p/p), 14,1:7,0 (v/v)) | 13,333 | 5,7 | |||
Sódio (queimado a úmico a hidróxido de sódio) | 13,3 | 12,8 | |||
Decomposição de Cl2O7 - calculado | 12,2 | ||||
Nitrometano | 11,3 | 12,9 | |||
Lixo doméstico | [24][25] | 8-11||||
Sódio (queimado a seco a óxido de sódio) | 9,1 | 8,8 | |||
Octanitrocubano explosivo - calculado | 7,4 | ||||
Sódio (reagindo com cloro) | 7,0349 | ||||
Amonal (Al+NH4NO3 oxidante) | 6,9 | 12,7 | |||
Tetranitrometano + hidrazina explosiva - calculado | 6,6 | ||||
Hexanitrobenzeno explosivo - calculado | 6,5 | ||||
Zinco (queimado ao ar) | 5,3 | 38,0 | |||
Plástico Teflon (combustão tóxica, mas retardante de chama) | 5,1 | 11,2 | |||
Ferro (queimado a óxido de ferro (III)) | 5,2 | 40,68 | |||
Ferro (queimado a óxido de ferro (II)) | 4,9 | 38,2 | |||
TNT | 4,184 | 6,92 | |||
Termita de cobre (Al + CuO como oxidante) | 4,13 | 20,9 | |||
Termita (pé de Al + Fe2O3 como oxidante) | 4,00 [26] | 18,4 | |||
Ar comprimido a 300 bar (a 12 °C), sem recipiente | 0,512 | 0,16 | |||
ANFO | 3,88 | ||||
Decomposição de peróxido de hidrogênio (como monopropelente) | 2,7 | 3,8 | |||
Bateria íon lítio com nanofios | 2,54-2,72? | 95%[27] | |||
Bateria de cloreto de lítio tionilo [28] | 2,5 | ||||
Bateria de íon fluoreto [29] | 1,7-(?) | 2,8(?) | |||
Célula combustível regenerativa (célula combustível com reservatório interno de hidrogênio muito usado como uma bateria) | 1,62 [30] | ||||
Decomposição (tóxica) de hidrazina (como monopropelente) | 1,6 | 1,6 | |||
Decomposição de nitrato de amônia (como monopropelente) | 1,4 | 2,5 | |||
Capacitor por EEStor (capacidade aclamada) | 1,0 [31] | ||||
"Brisa molecular" | ~1 | ||||
Bateria sódio-enxofre | 1,23 [32] | 85%[33] | |||
Nitrogênio líquido | 0,77[1] | 0,62 | |||
Bateria de íon lítio[2] | 0,54–0,72 | 0,9–1,9 | 95%[34] | ||
Bateria de lítio enxofre | 0,54-1,44 | ||||
Penetrador de energia cinética | 1,9-3,4 | 30-54 | |||
Projétil 5,56 × 45 mm NATO | 0,4-0,8 | 3,2-6,4 | |||
Bateria Zn-ar | 0,40 a 1,7 | 5,9 | |||
Bateria inercial | 0,5 | [carece de fontes] | 81-94%|||
Gelo | 0,335 | 0,335 | |||
Bateria de fluxo zinco-bromo | [35] | 0,27–0,306||||
Ar comprimido a 20 bar (a 12 °C), sem recipiente | 0,27 | 0,01 | 64%[36] | ||
Bateria NiMH | 0,22 [37] | 0,36 | 60% [38] | ||
Bateria NiCd | 0,14-0,22 | 80% [39] | |||
Bateria ácido chumbo | [40] | 0,09–0,110,14–0,17 | [41] | 75-85%||
Ar comprimido in fiber-wound bottle at 200 bar (at 24 °C) | 0.1 | 0.1 | |||
Commercial lead acid battery pack | [42] | 0.072-0.079||||
Vanadium redox battery | 0.09 [43] | 0.1188 | 70-75% | ||
Vanadium bromide redox battery | 0.18 [44] | 0.252 | 81% | ||
compressed air in steel bottle at 200 bar (at 24 °C) | 0.04 | 0.1 | |||
Ultracapacitor | 0.0206 [45] | 0.050 [46] | |||
Supercapacitor | 0.01 | 98.5% | 90%[47] | ||
Capacitor | 0.002 [48] | ||||
Water at 100 m dam height | 0.001 | 0.001 | [49] | 85-90%||
Spring power (clock spring), torsion spring | 0.0003 [50] | 0.0006 |
Referências
- ↑ C. Knowlen, A.T. Mattick, A.P. Bruckner and A. Hertzberg, "High Efficiency Conversion Systems for Liquid Nitrogen Automobiles" Arquivado em 17 de dezembro de 2008, no Wayback Machine., Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
- ↑ A typically available lithium ion cell with an Energy Density of 201 wh/kg [1] Arquivado em 1 de dezembro de 2008, no Wayback Machine.