O armazenamento de energia por ar comprimido (CAES) é uma tecnologia para armazenar energia na forma de ar comprimido e depois liberá-la para gerar eletricidade ou realizar outros trabalhos.

O princípio básico do CAES envolve as seguintes etapas:

• Compressão:O ar é comprimido adiabaticamente (ou seja, sem transferência significativa de calor para ou do ambiente) usando um compressor de ar, o que aumenta sua temperatura.
• Resfriamento:O ar comprimido é então resfriado até a temperatura ambiente por meio de um trocador de calor, removendo o calor gerado durante a compressão e reduzindo ainda mais seu volume.
• Armazenamento:O ar comprimido resfriado é então armazenado em um local de armazenamento subterrâneo adequado, como uma caverna de sal, um reservatório de gás esgotado ou um aquífero.
• Expansão:Quando necessário, o ar comprimido armazenado é expandido de volta para uma pressão mais baixa através de uma turbina, convertendo a energia potencial armazenada em energia cinética.
• Geração de energia:O ar expandido passa por um gerador, onde faz o rotor girar e produzir eletricidade.
• Recuperação de calor:O ar de exaustão da turbina ainda contém alguma energia na forma de calor, que pode ser recuperada utilizando um trocador de calor para pré-aquecer o ar que entra no compressor. Isso melhora a eficiência geral do sistema.

Para ilustrar a fórmula, considere um sistema CAES com os seguintes parâmetros:
• Pressão inicial do ar:1 atm
• Pressão final do ar:10 atm
• Temperatura inicial do ar:25°C
• Temperatura final do ar:35°C
• Eficiência da turbina:80%
• Eficiência do gerador:90%
• Eficiência geral do compressor de ar e trocador de calor:85%

1. Trabalho de compressão:O trabalho necessário para comprimir o ar pode ser calculado usando a fórmula:
Trabalho de compressão =(P2V2 - P1V1)/n,
onde P1 e P2 são as pressões inicial e final, V1 e V2 são os volumes inicial e final e 'n' é o expoente politrópico do ar (aproximadamente 1,4).

2. Trabalho de resfriamento:Supondo que o processo de resfriamento seja isobárico (pressão constante) e assumindo uma transferência de calor perfeita, o trabalho necessário para resfriar o ar comprimido é:
Trabalho de resfriamento =m * C_v * (T2 - T1),
onde T1 e T2 são as temperaturas inicial e final, m é a massa de ar e C_v é o calor específico do ar a volume constante (aproximadamente 718 J/kg-K).

3. Recuperação de calor:O calor que pode ser recuperado do ar de exaustão da turbina pode ser calculado usando:
Recuperação de calor =m * C_p * (T3 - T4), onde T3 é a temperatura de exaustão, T4 é a temperatura do ar que entra no compressor e C_p é o calor específico do ar a pressão constante (aproximadamente 1004 J/kg-K ).

4. Geração de energia:A potência gerada pela turbina é dada por:
Potência =m * (h1 - h2) *n,
onde h1 e h2 são as entalpias específicas do ar na entrada e na saída da turbina, e $\eta$ é a eficiência da turbina.

A eficiência geral do sistema pode então ser calculada como:
Eficiência do sistema =(Saída de energia / Trabalho de compressão + Trabalho de resfriamento)
Ao inserir os valores numéricos fornecidos, calcule cada uma dessas quantidades e determine a eficiência geral do sistema CAES.