Tudo sobre Fontes de Energia

Trabalho de escola – Fontes de Energia

Primeiramente conheça todos os tipos de Fontes de Energia

Energia Eólica

  Tudo sobre Fontes de EnergiaComo o sol e a água, o vento também é um recurso energético abundante na natureza. Quando intenso e regular, pode ser utilizado para produzir energia a preços relativamente competitivos. Esse custo poderá reduzir-se ainda mais quando a energia dos ventos estiver bastante difundida.

A tecnologia atualmente empregada na construção dos cata-ventos é bastante sofisticada e consegue explorar a força de ventos que sopram a mais de 10 metros por segundo. As imensas pás dos rotores, com comprimentos de até 100 metros, são agora construídas em fibra de vidro (as primeiras, de aço, deterioravam-se rapidamente), giram a freqüências que não interferem com transmissões de rádio e TV e são controlados por computadores.
Países europeus já projetam rotores com potência de até 4 mil quilowatts, enquanto a NASA, nos EUA, pensa em atingir a potência de muitos megawatts, em colaboração com o Departamento de Energia.

A energia eólica é a energia gerada pelo vento. Utilizada há anos sob a forma de moinhos de vento, pode ser canalizada pelas modernas turbinas eólicas ou pelo tradicional cata-vento. Os especialistas explicam que no Brasil há ventos favoráveis para a ampliação dos instrumentos eólicos. 

A energia cinética, resultante do deslocamento das massas de ar, pode ser transformada em energia mecânica ou elétrica. Para a produção de energia elétrica em grande escala, só são interessantes regiões que tenham ventos com velocidade média de 6 m/seg ou superior.  

A força do vento é muito atraente por ser uma das poucas fontes de energia genuinamente não-poluentes. Mas a instalação de grandes “fazendas de vento” na costa iria arruinar a paisagem e atormentar os habitantes da região com o Alto Zumbido que produzem. No mar, já é um pouco mais distante da costa, o vento é razoavelmente veloz. Existem propostas de construção de plataformas flutuantes, com várias turbinas de vento de grande porte, destinadas a mover geradores elétricos. O problema é o custo da transmissão dessa energia a Terra.

CUSTO DA ENERGIA EÓLICA:

Considerando o grande potencial eólico existente no Brasil, confirmado através de medidas de vento precisas realizadas recentemente, é possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais termoelétricas, nucleares e hidroelétricas. Análises dos recursos eólicos medidos em vários locais do Brasil, mostram a possibilidade de geração elétrica com custos da ordem de US$ 70 – US$ 80 por MWh. 

De acordo com estudos da ELETROBRÁS, o custo da energia elétrica gerada através de novas usinas hidroelétricas construídas na região amazônica será bem mais alto que os custos das usinas implantadas até hoje. Quase 70% dos projetos possíveis deverão ter custos de geração maiores do que a energia gerada por turbinas eólicas. Outra vantagem das centrais eólicas em relação às usinas hidroelétricas é que quase toda a área ocupada pela central eólica pode ser utilizada (para agricultura, pecuária, etc.) ou preservada como habitat natural. 

A energia eólica poderá também resolver o grande dilema do uso da água do Rio São Francisco no Nordeste (água para gerar eletricidade versus água para irrigação). Grandes projetos de irrigação às margens do rio e/ou envolvendo a transposição das águas do rio para outras áreas podem causar um grande impacto no volume de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas e, conseqüentemente, prejudicar o fornecimento de energia para a região. Entretanto, observando o gráfico abaixo, percebe-se que as maiores velocidades de vento no nordeste do Brasil ocorrem justamente quando o fluxo de água do Rio São Francisco é mínimo. Logo, as centrais eólicas instaladas no nordeste poderão produzir grandes quantidades de energia elétrica evitando que se tenha que utilizar a água do rio São Francisco. 

Energia Nuclear

Introdução

Este trabalho vai falar sobre a energia nuclear, as conseqüências do uso dessa energia, propriedades dessa energia que é altamente perigosa e deve ser trabalhada com muito cuidado. Irá também abordar assuntos sobre grandes catástrofes atômicas e etc.

O que é Energia Nuclear

A energia nuclear é a energia liberada durante a fissão ou fusão dos núcleos atômicos. As quantidades de energia que podem ser obtidas mediante processos nucleares superam em muitas as que se pode obter mediante processos químicos, que só utilizam as regiões externas do átomo.

Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de através de reações nucleares, emitirem energia durante o processo. Baseia-se no princípio que nas reações nucleares ocorre uma transformação de massa em energia. A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico de um elemento podendo transformar-se em outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos; em outros se deve provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons ou outras.

Existem duas formas de aproveitar a energia nuclear para convertê-la em calor: A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se subdivide em duas ou mais fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.

A principal vantagem da energia nuclear obtida por fissão é a não utilização de combustíveis fósseis, não lançando na atmosfera gases tóxicos, e não sendo responsável pelo aumento do efeito estufa.


Utilização da Energia Nuclear

Servem na utilização de bombas nucleares, pode substituir fontes de energia e também substituir alguns combustíveis.

A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. A energia nuclear é uma das alternativas menos poluentes, permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia.

A energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.

A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.

Países e Locais que utilizam Energia Nuclear

Países europeus são os que mais utilizam energia nuclear. Levando-se em consideração a produção total de energia elétrica no mundo, a participação da energia nuclear saltou de 0,1% para 17% em 30 anos, fazendo-a aproximar-se da porcentagem produzida pelas hidrelétricas. De acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) no final de 1998 havia 434 usinas nucleares em 32 países e 36 unidades sendo construídas em 15 países. A decisão de construir usinas depende em grande parte dos custos de produção da energia nuclear.

A fissão nuclear é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.


Como funciona uma usina nuclear

O funcionamento de uma usina nuclear é bastante parecido ao de uma usina térmica. A diferença é que ao invés de nós termos calor gerado pela queima de um combustível fóssil, como o carvão, o óleo ou gás, nas usinas nucleares o calor é gerado pelas transformações que se passam nos átomos de urânio nas cápsulas de combustível. O calor gerado no núcleo do reator aquece a água do circuito primário. Esta água circula pelos tubos de um equipamento chamado Gerador de Vapor. A água de um outro circuito em contato com os tubos do Gerador de Vapor se vaporiza a alta pressão, fazendo gerar um conjunto de turbinas que tem junto a seu gerador elétrico. O movimento do gerador elétrico produz a energia, entregue ao sistema para distribuição.


Elementos mais usados como fonte de energia

– Tório: As novas gerações de centrais nucleares utilizam o tório como fonte de combustível adicional para a produção de energia ou decompõe os resíduos nucleares em um novo ciclo denominado fissão assistida. Os defensores da utilização da energia nuclear como fonte energética consideram que estes processos são, atualmente, as únicas alternativas viáveis para suprir a crescente demanda mundial por energia ante a futura escassez dos combustíveis fósseis. 

– Urânio: A principal finalidade comercial do urânio é a geração de energia elétrica. Quando transformado em metal, o urânio torna-se mais pesado que o chumbo, pouco menos duro que o aço e se incendeia com muita facilidade.

– Actínio: O Actínio é um metal prateado, altamente radioativo, com radioatividade 150 vezes maior do que o urânio. Usado em geradores termoelétricos.


Conseqüências da Energia Nuclear

A tecnologia nuclear é perigosa, já causou acidentes graves como o de Three Mile Island (EUA) e Chernobil (Ucrânia), com milhares de mortes e enfermidades decorrentes desses acidentes, além da perda de grandes áreas. A utilização desse tipo de tecnologia continua apresentando graves riscos para toda a humanidade. Reatores nucleares e instalações complementares geram grandes quantidades de lixo nuclear que precisam ficar sob vigilância por milhares de anos. Não se conhecem técnicas seguras de armazenamento do lixo nuclear gerado.

O horror nuclear em Hiroshima e Nagasaki marcou a primeira e única vez em que armas atômicas foram usadas deliberadamente contra seres humanos. Mais de 100 mil pessoas morreram nos ataques de 6 a 9 de Agosto de 1945 e outros milhares morreriam nos anos seguintes sofrendo de complicações causadas pela radiação.

Desastres Nucleares

– Chernobyl: No dia 26 de abril de 1986, um experimento mal conduzido, aliado a problemas estruturais da usina e outros fatores, causou a explosão do quarto reator de Chernobyl. Cerca de 31 pessoas morreram na explosão e durante o combate ao incêndio. Outras centenas faleceram depois, por causa da exposição aguda à radioatividade, num grau 400 vezes maior que o da bomba de Hiroshima.

– Bomba Nuclear: Uma bomba atômica é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso  uma única bomba é capaz de destruir uma cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, pelos Estados Unidos contra o Japão nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial. No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.

– Usina Nuclear (E.UA): A usina nuclear de Three Mile Island, na Pensilvânia, corre o risco de derretimento, o mais grave tipo de acidente nuclear. A ameaça provém de uma bolha de vapor existente dentro do reator, que pode aumentar de tamanho à medida que as pressões internas forem relaxadas, deixando o núcleo sem a água vital para seu resfriamento. Nuvens de partículas radioativas já escaparam do reator para a atmosfera, mas os técnicos em radioatividade afirmam que o risco de contaminação ainda é pequeno.

Energia nuclear no Brasil

A procura da tecnologia nuclear no Brasil começou na década de 50, com Almirante Álvaro Alberto, que entre outros feitos criou o Conselho Nacional de Pesquisa, em 1951, e que importou duas ultra-centrifugadoras da Alemanha para o enriquecimento do urânio, em 1953.

A decisão da implementação de uma usina nuclear no Brasil aconteceu em 1969. E que em nenhum momento se pensou numa fonte para substituir a energia hidráulica, da mesma maneira que também após alguns anos, ficou bem claro que os objetivos não eram simplesmente o domínio de uma nova tecnologia. O Brasil estava vivendo dentro de um regime de governo militar e o acesso ao conhecimento tecnológico no campo nuclear permitiria desenvolver não só submarinos nucleares mas também armas atômicas.

Em 1974,, as obras civis da Usina Nuclear de Angra 1 estavam em pleno andamento quando o Governo Federal decidiu ampliar o projeto, autorizando a empresa Furnas a construir a segunda usina.

Mais tarde, em 1975, com a justificativa de que o Brasil já mostrava falta de energia elétrica para meados dos anos 90 e início do século 21, uma vez que o potencial hidroelétrico já se apresentava quase que totalmente instalado, foi assinado na cidade alemã de Bonn o Acordo de Cooperação Nuclear, pelo qual o Brasil compraria oito usinas nucleares e possuiria toda a tecnologia necessária ao seu desenvolvimento nesse setor.

Desta maneira o Brasil dava um passo definitivo para o ingresso no clube de potências atômicas e estava assim decidido o futuro energético do Brasil, dando início à Era Nuclear Brasileira.

Conclusão

Concluímos que a energia nuclear pode ser usada para o bem da humanidade (produzindo energia, etc), porém pode causar várias guerras e catástrofes com o seu mau uso.

Também sabemos que o átomo tem suas propriedades variadas e produz energia que hoje em dia é usada nas usinas nucleares.

Bibliografia

www.cnen.gov.br/cnen_99/educar/energia.htm#porque 
www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear02.htm 
www.projectpioneer.com/mars/how/energiapt.htm 
www.educacional.com.br/noticiacomentada/060426not01.as 
www.energiatomica.hpg.ig.com.br/tmi.html 
www.greenpeace.org.br/energia/?conteudo_id=627&sub_campanha=0&img=15ww.google.com.br/search?hl=pt-BR&q=chernobyl&btnG=Pesquisar&meta=lr%3Dlang_pt
http://oglobo.globo.com/especiais/bomba_atomica/default.htm 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear 
http:// pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_at%C3%B4mica

Energia Solar

O aproveitamento da energia solar oferece grandes vantagens: não polui, é renovável e existe em abundância. Entretanto, pelo fato de sua utilização em larga escala (grandes usinas) para geração de energia elétrica estar em fase relativamente inicial de desenvolvimento tecnológico, a energia solar ainda não é viável economicamente, ou seja, os custos financeiros para sua obtenção superam os benefícios.

A geração de energia elétrica tendo o sol como fonte pode ser obtida de forma direta ou indireta.

A forma direta é por meio de células fotovoltaicas (que desenvolvem força eletromotriz pela ação da luz. Essas células só produzem corrente quando iluminadas.), geralmente feitas de silício, um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre. A luz solar, ao atingir as células, é diretamente convertida em eletricidade.

Na forma indireta, constroem-se usinas em áreas de grande insolação (áreas desérticas, por exemplo), onde são instaladas centenas de espelhos côncavos (coletores solares) direcionados para um determinado local, que pode ser uma tubulação de aço inoxidável, como no deserto de Mojave, na Califórnia (EUA), ou um compartimento contendo simplesmente ar, como ocorre em Israel.

A principal vantagem é a quase total ausência de poluição. No entanto, a grande limitação dos dispositivos fotovoltaicos é seu baixo rendimento. Outro inconveniente são os custos de produção dos painéis, elevados devido à pouca disponibilidade de materiais semicondutores.


Custo alto para pouca eficiência:

Ao longo dos anos o maior desafio para a ciência nessa área, foi, e ainda é, desenvolver equipamentos que convertam, com eficiência e baixo custo, a radiação solar em eletricidade. Talvez esteja aí a razão da tímida geração de eletricidade a partir da energia solar que o país possui.

Transformar energia solar em elétrica depende fundamentalmente de uma unidade chamada de célula fotovoltaica, que converte diretamente a radiação solar em eletricidade. Os primeiros estudos sobre esses componentes foram realizados em 1839.

As células fotovoltaicas são constituídas basicamente de materiais semicondutores. O silício é o material mais empregado e está entre os oito elementos químicos mais abundantes do planeta ao lado do ferro, do oxigênio, magnésio, níquel, enxofre, cálcio e alumínio e têm sido explorado para diversas utilizações. Em busca de uma maior equilíbrio ambiental, a ciência vem buscando materiais alternativos e com maior eficiência energética.

A eficiência do atual sistema de energia solar ainda é baixa se comparada a de outras fontes de geração de eletricidade. Existe apenas um fabricante no Brasil de tecnologia fotovoltaica, mas sua capacidade é ociosa por falta de mercado. Se houvesse um aumento da demanda, preços seriam mais baixos, pois o custo de produção do equipamento seria mais baixo.

Tudo isso exige uma série de ações como investimentos pesados nas indústrias para nacionalização dos equipamentos e também em centros de pesquisas de energias renováveis, e ainda abertura de linhas de crédito para facilitar a aquisição dos equipamentos. Esses são os desafios, a curto e longo prazo, para ampliar o sistema de geração de energia renovável dentro do modelo energético brasileiro.

Exemplos de Uso:

Fogão solar ou de qualquer outro equipamento solar, é a disponibilidade de energia gratuita e abundante. No caso em foco poderemos citar a ausência de chamas ou produtos naturais decorrentes da combustão dos combustíveis vegetais ou minerais, do perigo de explosão, incêndios etc.

A temperatura do refletor, praticamente ambiente, elimina o perigo de queimaduras. Além da ausência completa de odores da combustão, o fogão solar tem efeito bactericida pois é altamente higiênico em virtude da presença de concentração do ultravioleta no foco do concentrador.

A energia concentrada no foco do sistema é suficiente para fornecer calorias necessárias para ferver água, cozinhar, assar, fritar, aquecer alimentos etc.
É possível ainda obter temperaturas diferentes na zona de concentração da radiação solar, bastando para tanto variar a posição da panela em relação ao foco do concentrador, já que nem todos os alimentos são preparados à mesma temperatura.

Energias Alternativas

INTRODUÇÃO

A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. E isso não pode demorar a ocorrer, sob o risco de o mundo, literalmente, entrar em colapso, pelo menos se for mantido o atual modelo de vida, em que o petróleo tem uma importância vital.

Há diversas fontes alternativas disponíveis, havendo a necessidade de um maior desenvolvimento tecnológico para que possam ser economicamente rentáveis e, conseqüentemente, utilizadas em maior escala. Entre elas, destacam-se: o sol, o álcool, o vento, o calor da terra, o carvão vegetal e o biogás.  
O SOL 

O aproveitamento da energia solar oferece grandes vantagens: não polui, é renovável e existe em abundância. Entretanto, pelo fato de sua utilização em larga escala (grandes usinas) para geração de energia elétrica estar em fase relativamente inicial de desenvolvimento tecnológico, a energia solar ainda não é viável economicamente, ou seja, os custos financeiros para sua obtenção superam os benefícios.

A geração de energia elétrica tendo o sol como fonte pode ser obtida de forma direta ou indireta.

A forma direta é por meio de células fotovoltaicas (que desenvolvem força eletromotriz pela ação da luz. Essas células só produzem corrente quando iluminadas.), geralmente feitas de silício, um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre. A luz solar, ao atingir as células, é diretamente convertida em eletricidade.

Na forma indireta, constroem-se usinas em áreas de grande insolação (áreas desérticas, por exemplo), onde são instaladas centenas de espelhos côncavos (coletores solares) direcionados para um determinado local, que pode ser uma tubulação de aço inoxidável, como no deserto de Mojave, na Califórnia (EUA), ou um compartimento contendo simplesmente ar, como ocorre em Israel. 


O ÁLCOOL 

O álcool é produzido principalmente a partir da cana-de-açúcar, do eucalipto e da beterraba. Como fonte de energia, pode ser utilizado para movimentar motores de veículos (álcool etílico: cana-de-açúcar; ou metanol: eucalipto) ou para produzir energia elétrica.

Como combustível para automóveis, o álcool tem vantagem de ser uma fonte renovável e menos poluente que a gasolina, e no caso brasileiro ter possibilitado o desenvolvimento de uma tecnologia 100% nacional. Mas a produção de álcool nunca suprirá a necessidade total de combustível dos veículos automotores.

A utilização do álcool como combustível automotivo no Brasil passou a ocorrer na segunda metade da década de 70, quando o mundo amargava os                efeitos da crise do petróleo. Para tanto o governo brasileiro implantou o Proálcool (Programa Nacional do Álcool), baseado em incentivos fiscais e outras formas de subsídios oferecidos aos produtores de álcool (usineiros) e às indústrias automobilísticas. Embora bem sucedido no começo o proálcool acabou fracassando logo após.
O VENTO                                                                                     

Como o sol e a água, o vento também é um recurso energético abundante na natureza. Quando intenso e regular, pode ser utilizado para produzir energia a preços relativamente competitivos. Esse custo poderá reduzir-se ainda mais quando a energia dos ventos estiver bastante difundida.

A tecnologia atualmente empregada na construção dos cata-ventos é bastante sofisticada e consegue explorar a força de ventos que sopram a mais de 10 metros por segundo. As imensas pás dos rotores, com comprimentos de até 100 metros, são agora construídas em fibra de vidro (as primeiras, de aço, deterioravam-se rapidamente), giram a freqüências que não interferem com transmissões de rádio e TV e são controlados por computadores.

Países europeus já projetam rotores com potência de até 4 mil quilowatts, enquanto a NASA, nos EUA, pensa em atingir a potência de muitos megawatts, em colaboração com o Departamento de Energia.


O CALOR DA TERRA 

Outra fonte alternativa de energia é representada pelas centrais geotérmicas (aproveitamento do calor da Terra).

A principal vantagem da energia geotérmica é a escala de exploração, que pode ser adequada às necessidades, permitindo o seu desenvolvimento em etapas, à medida que aumenta a demanda. Uma vez concluída a instalação, os seus custos de operação são baixos.

Já existem algumas dessas centrais encravadas em zonas de vulcanismo, onde a água quente e o vapor afloram à superfície ou se encontram em pequena profundidade.

Costa Rica, Guatemala e principalmente Islândia já se utilizam desse tipo de energia. Atualmente, a exploração da energia geotérmica estende-se a outras regiões, além das vulcânicas, cuja superfície apresenta claros indícios de vapores subterrâneos.


O CARVÃO VEGETAL 

O carvão vegetal é obtido pela queima de madeira a uma temperatura superior a 400°C. Ele pode ser utilizado como combustível nas residências, nas usinas termelétricas, ou como redutor (propriedade que alguns corpos, como o carvão mineral e o vegetal, têm para eliminar o oxigênio, tornando, por exemplo, uma liga de ferro ou aço mais firme, mais rígida.) nas siderúrgicas.

No Brasil, 70% do carvão vegetal utilizado provém de árvores do cerrado, o que provoca um grande desmatamento. Apenas 30% é obtido por meio do cultivo de eucaliptos. O carvão vegetal é utilizado como fonte de energia por 25% da siderurgia brasileira.


O BIOGÁS 

O biogás é obtido a partir de reações anaeróbicas (sem ar, sem oxigênio) da matéria orgânica existente no lixo, que é recolhido nas cidades e depositado nos aterros sanitários energéticos. Ele tem sido utilizado para gerar gás combustível de uso doméstico ou como combustível de veículos, solucionando assim um sério problema, especialmente para as metrópoles: a destinação do lixo.

 CONCLUSÃO 

Enfim, a energia foi um grande passo para a evolução da espécie humana, pois com tal descoberta o homem conseguiu nos proporcionar uma melhor qualidade de vida e um grande avanço tecnológico que se ausentes tornariam impossível a nossa existência.

Hidroenergia

A Hidroenergia, aproveitamento das quedas d’água, tem a energia solar como fonte de renovação. O ciclo se dá através da evaporação da água dos rios, lagos, mares e oceanos,  pela radiação solar direta e os ventos. O vapor d’água mistura-se com o ar atmosférico e sobe até formar as nuvens. Boa parte dessas nuvens é transportada pelos ventos até regiões de maior altitude. Através da chuva, a água é devolvida ao solo, passando a alimentar os rios em seus fluxos descendentes. A retenção temporária da água e liberação gradativa pelo solo e vegetação tem papel importante: o de perenização dos rios, funcionando como um regulador natural e garantindo uma certa estabilidade de vazão. Secundariamente, os lagos também contribuem para esse controle.

CARACTERÍSTICAS DA HIDROENERGIA

A hidroenergia possui vários atrativos. Entre eles, os sistemas de conversão apresentam alto rendimento – segundo Palz1 o rendimento na conversão de água represada em eletricidade pode chegar a valores próximos de 90 %. É facilmente armazenável na forma de energia potencial através de lagos, que podem ser artificiais. O controle da potência de saída é obtido com relativa facilidade e boa eficiência. Apresenta baixo nível der ruído e vibrações e pode ter baixíssimo impacto ambiental, caso das micro-usinas. Esses fatores tornam a hidroenergia uma das mais atrativas e de menor custo, inclusive ambiental. Tornando-a interessante até como forma de armazenamento em sistemas eólicos, para dar-lhes estabilidade e ou autonomia. Sua maior limitação como fonte energética está na disponibilidade, só algumas regiões dispõem de quedas d’água aproveitáveis.


PRIMEIROS REGISTROS DA UTILIZAÇÃO

Depois da força muscular e dos ventos, em embarcações, a primeira fonte de energia explorada pelo homem para obter energia mecânica foi seguramente a força das quedas d’água. Segundo Usher2, os primeiros usos da energia hidráulica vieram com a Nora, a roda d’água horizontal com acionamento direto e a roda d’água com engrenagens. Ele considerava que os três mecanismos tinham concepções distintas entre si. Ainda para Usher, apesar de não haver relatos sucintos e seguros o suficiente para se estimar datas, pode-se afirmar que o conhecimento da nora movida à água e do moinho com engrenagens já estava bastante sedimentado no final do primeiro século antes de Cristo. Quanto a roda d’água horizontal, por falta de registros confiáveis, achava apenas provável que já estivesse em uso. No tratado de Filon de Bizâncio, uma mostra aproximada das realizações mecânicas do século III a.C., já figuravam três aplicações de rodas d’água altas em dispositivos pequenos. Sobre as restrições dos registros de utilização de rodas d’água, Usher aponta algumas considerações pelas quais não pode dar um alto grau de certeza da veracidade ou descrição exata da concepção dos dispositivos:  Os documentos na sua maioria são incompletos e, em geral, chegaram aos dias atuais como cópias e traduções sucessivas por diversas gerações e com alternância de diversos idiomas, carregando suspeitas de terem recebido revisões em seu conteúdo. Alguns se perderam, restando apenas referências em obras posteriores, caso do tratado de Ctesibius. A imprecisão nos desenhos e descrições juntamente com os poucos registros arqueológicos, aumentam a dificuldade. Além disso, a roda d’água, assim como o moinho de vento, não teve seu desenvolvimento ou concepção de forma pontual, seja em tempo ou espaço geográfico.

As referências para sua utilização após o século X na Europa são bem mais fartas. Na Enciclopédia Como Funciona, os autores citam que “… o registro do Domesday Book (cadastro das terras da Inglaterra elaborado por Guilherme, o Conquistador, em 1806) mostra que, para 3000 comunidades, havia no país 5.624 moinhos d’água”.

A importância das rodas d’água na revolução industrial e em todo o desenvolvimento tecnológico é destacada por diversos autores. A abundância de rios perenes na Europa, permitindo largo uso da roda d’água, foi fator essencial para o desenvolvimento da indústria, principalmente a siderúrgica, um dos suportes da revolução industrial.

Um outro dispositivo primitivo e bem distinto, com poucas referências em relação a sua origem é o monjolo.  Utilizado para socar milho, arroz, café e amendoim, o monjolo tem seu uso no país desde a época colonial podendo ser encontrado em algumas regiões com disponibilidade de quedas d’água, com boa incidência em São Paulo e Espírito Santo.De dimensões reduzidas, feito a partir de troncos de árvores, o monjolo funciona como um balancim em movimento oscilante, repetido graças variação de equilíbrio dada alternadamente pelo enchimento da cavidade existente em uma de suas extremidades por um filete de água e posterior esvaziamento que ocorre em conseqüência da inclinação da haste, resultante do enchimento.. 


SURGIMENTO DAS TURBINAS HIDRÁULICAS

Essa busca por máquinas mais eficientes resultou, por refinamento sucessivo, na turbina hidráulica por Fourneyron, em 1832. Os tipos de roda d’água até então conhecidos – o vertical e o horizontal – tinham como limitações: o aproveitamento parcial do potencial de queda d’água disponível, exigir grandes dimensões por unidade de potência e apresentar baixo rendimento. Em comparação com os modelos primitivos de roda d’água a turbina trouxe novos parâmetros de eficiência energética, tamanho reduzido e maior capacidade de aproveitamento da energia potencial das quedas d’água, chegando a níveis da quase totalidade.

Os três tipos de motores hidráulicos diferenciam-se quanto a forma de aproveitamento da força d’água. Na roda alta o peso da água aprisionada nas cavidades periféricas (cubas), pelo derramamento do fio de água na parte superior, apenas de um lado, é que resulta na força de torção. Por isso esse tipo é também conhecido como motor hidráulico de nível ou por gravidade.

A roda baixa aproveita o impacto da corrente de água na sua parte inferior que fica imersa na correnteza provocando o empuxo em suas pás, que acompanham o fluxo rápido das águas.

Na turbina de ação, a água é represada e canalizada até a mesma, podendo ser aproveitado todo o potencial da altura da queda d’água. A pressão da coluna d’água é transformada em energia cinética pelo escoamento através dos dutos. A ação do fluxo da água interagindo com as pás curvas da turbina numa mudança acentuada de direção provoca a força de torque. O melhor rendimento é alcançado quando a energia cinética na jusante, mais precisamente na saída da turbina, é quase nula.  Isto é alcançado quando o deslocamento das pás tem aproximadamente a metade da velocidade do fluxo da água. Aliás, o deslocamento relativo da água em relação às pás é um diferencial do seu funcionamento em relação às rodas d’água, já que naquelas as pás acompanham a velocidade da água.

O desenvolvimento das turbinas de ação trouxe novas possibilidades de exploração da hidroenergia, permitindo se produzir energia em quantidades muitas vezes superiores com instalações bem menores, além de poder explorar potencias antes adversos como as quedas de grande altura e baixa vazão.


HIDROENERGIA E ELETRICIDADE – CASAMENTO BEM SUCEDIDO

A turbina hidráulica ampliou em muito os atrativos da hidroenergia, principalmente para a indústria, que passou a dispor de uma fonte barata e com oferta de grandes potências, sem requerer para isso grandes vazões de água, no caso de haver boa altura de queda.  O fato das indústrias necessitarem de serem instaladas junto às quedas d’água continuou sendo um inconveniente. Além disso, em geral só se era aproveitada uma parcela muito pequena do potencial de hidroenergia disponível.

Ainda no século XVIII, com o desenvolvimento do domínio da eletricidade através de descobertas e invenções como o dínamo, o alternador, a lâmpada e do motor elétrico, passou a ser possível se converter energia mecânica em energia elétrica, que por sua vez poderia ser convertida diretamente em diversos outros tipos de energia, atendendo diversas necessidades. Os sistemas comerciais de produção de eletricidade apareceram por volta de 1881, depois do desenvolvimento da lâmpada de Thomas Edison. As primeiras centrais de produção elétrica foram desenvolvidas por Edison. Eram destinadas à iluminação, produziam corrente contínua, acionadas por máquinas a vapor, e ficavam próximo ao ponto de consumo. Mas, em pouco tempo, com o desenvolvimento dos motores,   geradores e sistemas de distribuição, o uso da eletricidade se expandiu para a tração e para indústria. O desenvolvimento de sistemas de transmissão em corrente alternada e alta tensão passaram a permitir o transporte de eletricidade a longas distâncias com perdas reduzidas, favorecendo o uso da hidroeletricidade.

Já em 1897 entrou em funcionamento a Niágara Falls, hidrelétrica com sistemas de geração e distribuição idealizados por Nikola Tesla e construídos pela Westinghouse, que se tornou o modelo predominante de geração e distribuição até os dias atuais: geração em corrente alternada e transmissão em alta tensão.

As hidrelétricas, sistemas de conversão da hidroenergia em energia elétrica, representam grande rendimento e versatilidade. Nelas, todas as características de: facilidade de armazenamento, alto rendimento nas conversões e baixo custo da hidroenergia se aliam as da eletricidade.

A eletricidade é um vetor energético – não é uma fonte primária de energia – dos mais versáteis e desejáveis: Permite conversões diretas nos diversos tipos de energia – térmica, luminosa, eletromagnética, química e mecânica – com excelente rendimento. È a energia requerida dos sistemas eletrônicos em geral. Possibilita transporte direto à longa distância com pouca perda. E, os equipamentos para seu uso permitem excelente controle de potência, funcionamento imediato, comando a distância e não apresentam ruído, vibração ou poluição atmosférica.

Petróleo

Combustível líquido, escuro ou amarelo esverdeado, formado por uma mistura de hidrocarbonetos. Diferencia-se dos carvões devido a ausência de oxigênio e por possuir apenas traços de azoto e enxofre. Etimologicamente, a palavra petróleo significa óleo de pedra, (petrae = pedra ou rocha e oleum = óleo), sendo também denominado de óleo mineral. 

O petróleo é normalmente encontrado no subsolo e extraído através de sondagens. Este tipo de matéria-prima apresenta-se embebido em rochas porosas, ex. : areias, arenitos, arcósio, calcários, etc. Geralmente sua rocha matriz é argilosa, porém este escapa para rochas porosas, ocorrendo freqüentemente em regiões dobradas, nos anticlinais.

Os vários tipos de petróleo diferenciam-se do seguinte modo: carbonetos saturados ou parafinados da série de metana (Cn H2n + 2); carbonetos naftênicos (Cn H2n) pobres em parafina; e carbonetos do tipo benzeno ou aromáticos. Há dois grupos de teorias para explicar a origem do petróleo: teorias inorgânicas e teorias orgânicas.

A constante presença de fósseis animais e vegetais nas jazidas petrolíferas constitui um forte argumento a favor da teoria orgânica. O petróleo é de grande importância, por mostrar-se como matéria-prima na obtenção de muitos produtos: gasolina, parafina, vaselina, querosene, óleos lubrificantes, solventes, etc. 

Os principais países produtores são: CCE, EUA, Arábia Saudita, entre outros. A pesquisa do petróleo no Brasil teve início com Eugênio Ferreira de Camargo, que nos fins do século XIX, segundo Glycon de Paiva conseguiu em Bofete, no Estado de SP, fazer uma sondagem que atingiu aproximadamente 448 m de profundidade. Contudo, nesse poço jorrou apenas água sulfurosa. A segunda fase da pesquisa do petróleo iniciou-se em 1918, com a criação  da Empresa Paulista de Petróleo. Seguiram-se diversos estudos e pesquisas na localidade de Lobato (BA), desde 1932, chegando-se a conclusão da existência de petróleo no local em 1935 e 1936. Posteriormente, em 1938, foi encontrado um leito de arenito na profundidade de 214m com forte impregnação de óleo. Mas a data oficial da descoberta do petróleo no Brasil foi o dia 21 de janeiro de 1939. 

Usina Termelétrica

Definição

Instalação que produz energia elétrica a partir da queima de carvão, óleo combustível ou gás natural em uma caldeira projetada para esta finalidade específica.

Uma usina termelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de um processo que consiste em três etapas.

Nas usinas térmicas convencionais, a primeira etapa consiste na queima de um combustível fóssil, como carvão, óleo ou gás, transformando a água em vapor com o calor gerado na caldeira.

A segunda consiste na utilização deste vapor, em alta pressão, para girar a turbina, que por sua vez, aciona o gerador elétrico.
Na terceira etapa, o vapor é condensado, transferindo o resíduo de sua energia térmica para um circuito independente de refrigeração, retornando a água à caldeira, completando o ciclo.


Como Funciona

A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina – fazendo com que esta gire – e no gerador – que também gira acoplado mecanicamente à turbina – é que transforma a potência mecânica em potência elétrica.

A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. 

Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores.    

O funcionamento das centrais termelétricas é semelhante, independentemente do combustível utilizado. O combustível é armazenado em parques ou depósitos adjacentes, de onde é enviado para a usina, onde será queimado na caldeira. Esta gera vapor a partir da água que circula por uma extensa rede de tubos que revestem suas paredes. A função do vapor é movimentar as pás de uma turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo de um gerador que produz a energia elétrica.

Essa energia é transportada por linhas de alta tensão aos centros de consumo. O vapor é resfriado em um condensador e convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo.

A água em circulação que esfria o condensador expulsa o calor extraído da atmosfera pelas torres de refrigeração, grandes estruturas que identificam essas centrais. Parte do calor extraído passa para um rio próximo ou para o mar. 

Para minimizar os efeitos contaminantes da combustão sobre as redondezas, a central dispõe de uma chaminé de grande altura (algumas chegam a 300 m) e de alguns precipitadores que retêm as cinzas e outros resíduos voláteis da combustão. As cinzas são recuperadas para aproveitamento em processos de metalurgia e no campo da construção, onde são misturadas com o cimento.

Como o calor produzido é intenso, devido às altas correntes geradas, é importante o resfriamento dos geradores. O hidrogênio é melhor veículo de resfriamento que o ar; como tem apenas um quatorze avos da densidade deste, requer menos energia para circular. Recentemente, foi adotado o método de resfriamento líquido, por meio de óleo ou água. Os líquidos nesse processamento são muito superiores aos gases, e a água é 50 vezes melhor que o ar.

A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina – fazendo com que esta gire – e no gerador – que também gira acoplado mecanicamente à turbina – é que transforma a potência mecânica em potência elétrica.

A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo.

Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores.

A descrição anterior refere-se às centrais clássicas, uma vez que existe, ainda que em fase de pesquisa, outra geração de termelétricas que melhorem o rendimento na combustão do carvão e diminuam o impacto sobre o meio ambiente: são as centrais de combustão de leito fluidificado. Nessas centrais, queima-se carvão sobre um leito de partículas inertes (por exemplo, de pedra calcária), através do qual se faz circular uma corrente de ar que melhora a combustão.

Uma central nuclear também pode ser considerada uma central termelétrica, onde o combustível é um material radioativo que, em sua fissão, gera a energia necessária para seu funcionamento.

Vantagens

A principal vantagem é poderem ser construídas onde são mais necessárias, economizando assim o custo das linhas de transmissão. E essas usinas podem ser encontradas na Europa e em alguns estados do Brasil. 

O gás natural pode ser usado como matéria-prima para gerar calor, eletricidade e força motriz, nas indústrias siderúrgica, química, petroquímica e de fertilizantes, com a vantagem de ser menos poluente que os combustíveis derivados do petróleo e o carvão.

Desvantagens

Entretanto, o alto preço do combustível é um fato desfavorável. Dependendo do combustível, os impactos ambientais, como poluição do ar, aquecimento das águas, o impacto da construção de estradas para levar o combustível até a usina, etc.

Termeletricidade no mundo

As usinas térmicas não são propriamente eficientes, em algarismos sua produção global é cerca de 38%, isto é, apenas aproximadamente 38% da energia térmica colocada na usina pelo combustível torna-se aproveitável como a energia elétrica. 

Usina Termelétrica – Ciclo Combinado

Definição

Uma usina termelétrica operando em ciclo combinado pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de um processo que combina a operação de uma turbina à gás, movida pela queima de gás natural ou óleo diesel, diretamente acoplada a um gerador.

Os gases de escape da turbina à gás, devido à temperatura, promovem a transformação da água em vapor para o acionamento de uma turbina a vapor, nas mesmas condições descritas no processo de operação de uma termelétrica convencional. A potência média dessas centrais vem a ser de 300 MW, muito inferior à de uma termelétrica convencional.

Como Funciona

Turbina a Gás:
A expansão dos gases resultantes da queima do combustível (óleo diesel ou gás natural) aciona a turbina a gás, que está diretamente acoplada ao gerador e, desta forma, a potência mecânica é transformada em potência elétrica.

Turbina a Vapor:
O funcionamento é exatamente igual ao descrito para usina termelétrica convencional, porém a transformação da água em vapor é feita com o reaproveitamento do calor dos gases de escape da turbina a gás, na caldeira de recuperação de calor.

Vantagens:
Além das já descritas na seção relativa à usina termelétrica convencional, deve ser ressaltado o rendimento térmico do ciclo combinado, que proporciona a produção de energia elétrica com custos reduzidos.

Usinas Hidrelétricas

Um corpo, ao cair, ganha velocidade à medida que for caindo, e, com o aumento da velocidade, o corpo vai ganhando energia. Mas não é preciso que a queda seja vertical para que haja ganho de energia, pois num plano inclinado também há aumento progressivo de energia.

Com base neste último princípio, o homem construiu as grandes usinas hidrelétricas, que constituem a utilização da energia dos planos inclinados dos rios para a posterior geração da eletricidade.

Mas antes disso, e baseado no mesmo processo, os povos antigos construíram as rodas de água para moinhos. Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento dos cursos de água.

O fluxo das águas de um rio não se apresenta o mesmo durante o ano inteiro, sendo influenciado pelas chuvas: aumenta o volume na estação das águas e dá-se o inverso na estação das secas. Diz-se, por isso, que a vazão dos rios se modifica de acordo com a estação do ano. Sendo assim, é necessário estudar muito bem o regime de um rio antes de começar a edificação de uma usina.

Se uma usina hidrelétrica for projetada para trabalhar com a vazão mínima, nas cheias ela se inundará e desperdiçará muita água; se, ao contrário, for projetada para aproveitar as cheias, suas turbinas ficarão quase paralisadas no período das secas.

Os rios mais adequados para a construção de hidrelétricas são os dotados de maiores desvios, mas são justamente estes os mais sujeitos a grandes variações da vazão. Então, para o aproveitamento de rios desse tipo, é necessário regularizar a vazão, a fim de que a usina possa funcionar o ano inteiro, com toda a potência instalada.

A regularização do regime de um rio só é possível com a construção de barragens sólidas, de modo a poder fechar o leito do rio. Nesse paredão as águas vão se acumulando, e, quando o rio está muito baixo ou quase seco, são abertas as comportas conforme a necessidade, obtendo-se dessa maneira uma vazão média constante o ano todo.

A construção de barragens é útil não só para hidrelétricas, mas também para a irrigação da área em torno, para fornecimento de água para fins industriais, para a alimentação da canais navegáveis e para a criação de peixes. As barragens servem ainda para atenuar as cheias mais violentas, impedindo o rio de alagar as regiões ribeirinhas.

Não sendo iguais as condições do regime do rio a ser contido, não há duas represas iguais, constituindo cada uma projeto diferente e independente, apesar de haver alguns tipos básicos de represa.

A montagem e a utilização das barragens devem atender a cálculos e precauções excepcionais. Um dos cuidados requeridos diz respeito à preparação dos apoios da represa. Este apoios (a ancoragem) devem ser constituídos de maneira a permitir que a comporta não tenha infiltrações de água, que, com o tempo, podem abrir uma fenda e minar pela base a estrutura da barragem.

De acordo com a variação da temperatura, dá-se a dilatação ou contração da estrutura, podendo este fato provocar rachaduras, com resultados desastrosos. Para prevenir acidentes deste tipo, o paredão é erguido com a superposição de blocos, separados por juntas de dilatação. Estas, constituídas de betume e sendo maleáveis, adaptam-se às variações das dimensões dos blocos.

Ao contruir-se uma represa, são colocados em seu corpo diversos termômetros, que medem a temperatura a distância. Com isso, consegue-se verificar as diferenças de temperatura, sabendo-se se existe ou não o perigo de ocorrerem tensões que possam eventualmente provocar rachaduras.

Desviada a água, ela penetra em tubos de grande diâmetro, chamadas tubos de carga, através dos quais desce até chegar às turbinas, cujas paletas ela irá movimentar. As turbinas em geral são montadas no mesmo eixo do dínamo, de forma que o movimento provocado pela energia mecânica de água no rotor da turbina resultará em eletricidade no gerador. A água depois volta ao rio, através dos canais de descarga.

Muitas vezes, devido a irregularidades das condições pluviométricas e à conseqüente diminuição do volume dos cursos de água, as usinas hidrelétricas necessitam da complementação de usinas termelétricas (movimentadas pelo vapor produzido através da queima de combustível). Na verdade, dois terços das usinas geradoras existentes no mundo no início da década de 70 eram acionadas a vapor. Os combustíveis mais comumente empregados em usinas termelétricas são o carvão e o petróleo. Queimados, aquecem a água contida em grandes caldeiras, produzindo vapor com temperatura elevada e alta pressão.

Alguns países possuem usinas nucleares que produzem eletricidade, utilizando urânio como combustível. O calor é obtido mediante a fissão dos átomos de urânio. Também nesse caso a usina produz vapor que faz girar turbinas, da mesma forma que nas geradoras convencionais.

Uma vez produzida, a eletricidade tem que ser distribuída aos consumidores, a muitos quilômetros de distância. É conduzida através de cabos, em linhas de transmissão. No condutor, que é um cabo nu, suspenso de grandes estruturas metálicas, parte da energia se perde, transformando-se em calor. Assim utilizam-se elevados valores de tensão, chegando até 500 000 volts. Os alternadores das usinas, contudo, por limitações de tamanho, em geral, produzem cerca de 10 000 volts. Faz-se necessário, portanto, elevar a tensão, o que se consegue por meio de transformadores estáticos. Ao aproximar-se dos locais de consumo, a tensão é novamente rebaixada, ainda através de transformadores.

No Brasil, a região centro-sul é uma das mais ricas em potencial hidrelétrico do mundo, propiciando boas perspectivas para o abastecimento do setor.

No trecho médio do Tietê, forma construídas as usinas de Barra Bonita, Álvaro Sousa Lima, Ibitinga e Promissão. Em princípios da década de 70, essas unidades geravam um total de 2,3 milhões de quilowatts-hora.

Um dos conjuntos hidrelétricos mais importantes é o de Urubupungá, formado pelas usinas de Jupiá e Ilha Solteira, operando com potência total de 4,6 milhões de quilowatts. Em princípio de 1974, a potência instalada do conjunto era de 2,04 milhões de quilowatts (1,2 milhão de quilowatts de Jupiá e 840.000 de Ilha Solteira).

Uma das maiores hidrelétricas do mundo, a usina de Itaipu, projeto conjunto Brasil e Paraguai, começou a funcionar em 1984, sendo que em 1988 passou a operar com plena capacidade instalada de 12,6 milhões de quilowatts. As obras foram iniciadas em 1973, no rio Paraná, 14 quilômetros acima da ponte da Amizade, que liga os dois países.

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