O Brasil tem um projeto de lei (PLS 304 / 2017) que quer banir motores à combustão interna (https://www12.senado.leg.br/noticias/materias/2020/02/12/venda-de-veiculo-a-gasolina-ou-diesel-pode-ser-proibida-no-brasil-em-2030) e por causa desta “onda verde”, a indústria de veículos e de utensílios domésticos estão investindo muito dinheiro para atender esta demanda, através de veículos elétricos, de fornos e fogões elétricos. A tabela apresenta o consumo de alguns combustíveis no ano de 2018, segundo ANP, com os seus respectivos PCI (Poder Calorífico Inferior) e densidade. Com base nestes dados, qual seria o aumento da carga elétrica no Brasil caso ocorra a troca desta matriz energética (TW.h I ano) e comparar com o consumo de 2018 de 470 TW.h I ano do Brasil (ANEEL), avaliando os impactos desta mudança, considerando uma eficiência de 40 \% dos combustíveis e uma eficiência de 100% nos processos elétricos.
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
\hline Combustível & Consumo anual \mathbf{( m}^{\mathbf{3}} \mathbf{)} & \mathbf{P C I}(\mathbf{M J} / \mathbf{k g}) & \boldsymbol{\rho}\left(\mathbf{k g} / \mathbf{~ m}^{\mathbf{3}}\right) \
\hline Gasolina & 45.000 .000 & 40 & 745 \
\hline Diesel & 60.000 .000 & 43 & 835 \
\hline “GLP” (Gás de Cozinha) & 15.000 .000 & 45 & 585 \
\hline Etanol & 20.000 .000 & 27 & 789 \
\hline Biodiesel & 6.000 .000 & 37 & 845 \
\hline

Passo 1

O enunciado pede para estimar a nova carga elétrica que seria necessária para substituir todo o consumo de combustíveis fósseis e biocombustíveis de 2018 por eletricidade, considerando que os combustíveis têm eficiência de conversão de 40\% e que os aparelhos elétricos seriam 100\% eficientes. Vamos usar as fórmulas:
  1. massa m = \rho \times V, onde V é o volume consumido e \rho a densidade,
  2. energia térmica disponível E_{\rm térmica} = m \times \mathrm{PCI}é,
  3. energia útil obtida dos combustíveis E_{\rm útil} = 0{,}4 \times E_{\rm térmica}úé,
  4. a eletricidade necessária é igual a E_{\rm útil}ú (já que eficiência elétrica é 100\%),
  5. converter o total de megajoules em terawatt-hora usando 1~\mathrm{TWh}=3{,}6\times10^{9}~\mathrm{MJ}.

Passo 2

Calcular a massa de cada combustível:
m_i = \rho_i \times V_i
Gasolina:
m_{\rm gas} = 745~\tfrac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}\times45{,}0\times10^6~\mathrm{m}^3 =3{,}3525\times10^{10}~\mathrm{kg}.
Diesel:
m_{\rm dis} = 835\times60{,}0\times10^6 =5{,}01\times10^{10}~\mathrm{kg}.
GLP:
m_{\rm glp} = 585\times15{,}0\times10^6 =8{,}775\times10^{9}~\mathrm{kg}.
Etanol:
m_{\rm et} = 789\times20{,}0\times10^6 =1{,}578\times10^{10}~\mathrm{kg}.
Biodiesel:
m_{\rm bio} = 845\times6{,}0\times10^6 =5{,}07\times10^{9}~\mathrm{kg}.

Passo 3

Calcular a energia útil de cada combustível:
E_{\rm útil,i}=0{,}4\times m_i\times\mathrm{PCI}_i.ú
Gasolina:
E_{\rm útil,gas}=0{,}4\times3{,}3525\times10^{10}\times40 =5{,}364\times10^{11}~\mathrm{MJ}.ú
Diesel:
E_{\rm útil,dis}=0{,}4\times5{,}01\times10^{10}\times43 =8{,}6172\times10^{11}~\mathrm{MJ}.ú
GLP:
E_{\rm útil,glp}=0{,}4\times8{,}775\times10^{9}\times45 =1{,}5795\times10^{11}~\mathrm{MJ}.ú
Etanol:
E_{\rm útil,et}=0{,}4\times1{,}578\times10^{10}\times27 =1{,}70424\times10^{11}~\mathrm{MJ}.ú
Biodiesel:
E_{\rm útil,bio}=0{,}4\times5{,}07\times10^{9}\times37 =7{,}5036\times10^{10}~\mathrm{MJ}.ú

Passo 4

Somar todas as energias úteis e converter para \mathrm{TWh}:
E_{\rm total}=\sum_iE_{\rm útil,i} =1{,}80153\times10^{12}~\mathrm{MJ}.ú
Em terawatt-hora:
E_{\rm el} =\frac{1{,}80153\times10^{12}~\mathrm{MJ}}{3{,}6\times10^{9}~\mathrm{MJ/TWh}} \approx500{,}4~\mathrm{TWh/ano}.

Passo 5

Comparar com o consumo elétrico de 2018 do Brasil, que foi 470~\mathrm{TWh/ano}:
\frac{500{,}4}{470}\times100\%\approx106\%,
ou seja, a troca completa dos combustíveis elevaria a carga elétrica em cerca de 500~\mathrm{TWh/ano}, algo em torno de +106\% do consumo atual.

Resposta

Aumento de aproximadamente 500~\mathrm{TWh/ano}, o que corresponde a cerca de 106\% do consumo elétrico de 470~\mathrm{TWh/ano}.

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