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
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 | 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 | 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 (queimado ao ar) | 58,9 | 137,8 | ||
| Gás natural comprimido a 200 bar | 53,6 | 10 | ||
| LPG propano | 49,6 | 25,3 | ||
| LPG butano | 49,1 | 27,7 | ||
| Gasolina | 46,9 | 34,6 | ||
| Óleo diesel/residencial óleo de calefação | 45,8 | 38,7 | ||
| Plástico polietileno | 46,3 | 42,6 | ||
| Plástico polipropileno | 46,3 | 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 / querosene | 42,8 | 33 | ||
| Óleo biodiesel (óleo vegetal) | 42,20 | 33 | ||
| DMF (2,5-dimetilfurano) | 42 | 37,8 | ||
| Óleo cru (de acordo com a definição de tonelada equivalente de óleo) | 41,87 | 37 | ||
| Plástico poliestireno | 41,4 | 43,5 | ||
| Metabolismo de gordura corporal | 38 | 35 | 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) | 32,2 | 75,1 | ||
| Alumínio (queimado ao ar) | 31,0 | 83,8 | ||
| Etanol | 30 | 24 | ||
| Plástico poliéster | 26,0 | 35,6 | ||
| Magnésio (queimado ao ar) | 24,7 | 43,0 | ||
| Carvão betuminoso | 24 | 20 | ||
| Plástico PET | 23,5 (impuro) | |||
| 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 | 25,2 | ||
| Metabolismo de açúcares, carboidratos e proteínas | 17 | 26,2(dextrose) | 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 | |||
| Madeira | 6–17 | 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 | 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 | 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% | ||
| Bateria de cloreto de lítio tionilo | 2,5 | |||
| Bateria de íon fluoreto | 1,7-(?) | 2,8(?) | ||
| Célula combustível regenerativa (célula combustível com reservatório interno de hidrogênio muito usado como uma bateria) | 1,62 | |||
| 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 | |||
| "Brisa molecular" | ~1 | |||
| Bateria sódio-enxofre | 1,23 | 85% | ||
| Nitrogênio líquido | 0,77[1] | 0,62 | ||
| Bateria de íon lítio[2] | 0,54–0,72 | 0,9–1,9 | 95% | |
| 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 | 81-94%[carece de fontes] | ||
| Gelo | 0,335 | 0,335 | ||
| Bateria de fluxo zinco-bromo | 0,27–0,306 | |||
| Ar comprimido a 20 bar (a 12 °C), sem recipiente | 0,27 | 0,01 | 64% | |
| Bateria NiMH | 0,22 | 0,36 | 60% | |
| Bateria NiCd | 0,14-0,22 | 80% | ||
| Bateria ácido chumbo | 0,09–0,11 | 0,14–0,17 | 75-85% | |
| Ar comprimido in fiber-wound bottle at 200 bar (at 24 °C) | 0.1 | 0.1 | ||
| Commercial lead acid battery pack | 0.072-0.079 | |||
| Vanadium redox battery | 0.09 | 0.1188 | 70-75% | |
| Vanadium bromide redox battery | 0.18 | 0.252 | 81% | |
| compressed air in steel bottle at 200 bar (at 24 °C) | 0.04 | 0.1 | ||
| Ultracapacitor | 0.0206 | 0.050 | ||
| Supercapacitor | 0.01 | 98.5% | 90% | |
| Capacitor | 0.002 | |||
| Water at 100 m dam height | 0.001 | 0.001 | 85-90% | |
| Spring power (clock spring), torsion spring | 0.0003 | 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 Arquivado em 1 de dezembro de 2008, no Wayback Machine.