FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
CDCC - USP - São Carlos
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No Brasil a maior quantidade de
energia elétrica produzida provém de usinas hidrelétricas (cerca de 95%). Em
regiões rurais e mais distantes das hidrelétricas centrais, têm-se utilizado
energia produzida em usinas termoelétricas e em pequena escala, a energia
elétrica gerada da energia eólica.
Neste artigo vamos dar uma visão geral das fontes alternativas de
energia elétrica: hídrica, térmica, nuclear, geotérmica, eólica, marés e fotovoltaica.
Nas usinas hidrelétricas, a energia elétrica tem como fonte principal a
energia proveniente da queda de água represada a uma certa altura. A energia
potencial que a água tem na parte alta da represa é transformada em energia
cinética, que faz com que as pás da turbina girem, acionando o eixo do gerador,
produzindo energia elétrica.
Utiliza-se a energia hídrica no Brasil em grande escala, devido aos
grandes mananciais de água existentes.
Atualmente estão sendo discutidas fontes alternativas para a produção de
energia elétrica, pois a falta de chuvas está causando um grande déficit na
oferta de energia elétrica.
A maior usina hidrelétrica do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidade de 12600 MW.
A maior usina hidrelétrica do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidade de 12600 MW.
Nas usinas termoelétricas a energia elétrica é obtida pela queima de
combustíveis, como carvão, óleo, derivados do petróleo e, atualmente, também a
cana de açúcar (biomassa).
A produção de energia elétrica é realizada através da queima do
combustível que aquece a água, transformando-a em vapor. Este vapor é conduzido
a alta pressão por uma tubulação e faz girar as pás da turbina, cujo eixo está
acoplado ao gerador. Em seguida o vapor é resfriado retornando ao estado
líquido e a água é reaproveitada, para novamente ser vaporizada.
Vários cuidados precisam ser tomados tais como: os gases provenientes da
queima do combustível devem ser filtrados, evitando a poluição da atmosfera
local; a água aquecida precisa ser resfriada ao ser devolvida para os rios
porque várias espécies aquáticas não resistem a altas temperaturas.
No Brasil este é o segundo tipo de fonte de energia elétrica que está
sendo utilizado, e agora, com a crise que estamos vivendo, é a que mais tende a
se expandir.
Energia nuclear
Energia nuclear
Este tipo de energia é obtido a partir da fissão do núcleo do átomo de urânio
enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia.
Urânio enriquecido - o que é isto? Sabemos que o átomo é constituído de
um núcleo onde estão situados dois tipos de partículas: os prótons que possuem
cargas positivas e os nêutrons que não possuem carga.
Em torno do núcleo, há uma região denominada eletrosfera, onde se
encontram os elétrons que têm cargas negativas. Átomos do mesmo elemento
químico, que possuem o mesmo número de prótons e diferentes número de nêutrons
são chamados isótopos. O urânio possui dois isótopos: 235U e 238U.
O 235U é o único capaz de sofrer fissão. Na natureza só é possível
encontrar 0,7 % deste tipo de isótropo. Para ser usado como combustível em uma
usina, é necessário enriquecer o urânio natural. Um dos métodos é “filtrar” o
urânio através de membranas muito finas. O 235U é mais leve e
atravessa a membrana primeiro do que o 238U. Esta operação tem que
ser repetida várias vezes e é um processo muito caro e complexo. Poucos países
possuem esta tecnologia para escala industrial.
O urânio é colocado em cilindros metálicos no núcleo do reator que é
constituído de um material moderador (geralmente grafite) para diminuir a
velocidade dos nêutrons emitidos pelo urânio em desintegração, permitindo as
reações em cadeia. O resfriamento do reator do núcleo é realizado através de
líquido ou gás que circula através de tubos, pelo seu interior. Este calor
retirado é transferido para uma segunda tubulação onde circula água. Por
aquecimento esta água se transforma em vapor (a temperatura chega a 320oC)
que vai movimentar as pás das turbinas que movimentarão o gerador, produzindo
eletricidade.
Depois este vapor é liquefeito e reconduzido para a tubulação, onde é
novamente aquecido e vaporizado.
No Brasil, está funcionado a Usina Nuclear Angra 2 sendo que a
produção de energia elétrica é em pequena quantidade que não dá para
abastecer toda a cidade do Rio de Janeiro.
No âmbito governamental está em discussão a construção da Usina Nuclear Angra 3 por causa do déficit de energia no país.
Os Estados Unidos da América lideram a produção de energia nuclear e
nos países França, Suécia, Finlândia e Bélgica 50 % da energia elétrica
consumida, provém de usinas nucleares.
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Energia
geotérmica é a energia produzida de rochas derretidas no subsolo (magma) que
aquecem a água no subsolo.
Na Islândia, que é um país localizado muito ao Norte, próximo do Círculo Polar Ártico, com vulcanismo intenso, onde a água quente e o vapor afloram à superfície (gêiseres- fig. 3) ou se encontram em pequena profundidade, tem uma grande quantidade de energia geotérmica aproveitável e a energia elétrica é gerada a partir desta. |
As usinas elétricas aproveitam esta energia para produzir água quente e
vapor. O vapor aciona as turbinas que geram quase 3 000 000 joules de energia
elétrica por segundo e a água quente percorre tubulações até chegar às casas.
Nos Estados Unidos da América há usinas deste tipo na Califórnia e em
Nevada. Em El Salvador, 30% da energia elétrica consumida provém da energia
geotérmica.
Energia eólica
Energia eólica
Os moinhos de ventos são velhos conhecidos nossos, e usam a energia dos
ventos, isto é, eólica, não para gerar eletricidade, mas para realizar
trabalho, como bombear água e moer grãos. Na Pérsia, no século V, já eram
utilizados moinhos de vento para bombear água para irrigação.
A energia eólica é produzida pela transformação da energia cinética dos
ventos em energia elétrica. A conversão de energia é realizada através de um aerogerador
que consiste num gerador elétrico acoplado a um eixo que gira através da
incidência do vento nas pás da turbina.
A turbina eólica horizontal (a vertical não é mais usada), é formada
essencialmente por um conjunto de duas ou três pás, com perfis aerodinâmicos
eficientes, impulsionadas por forças predominantemente de sustentação,
acionando geradores que operam a velocidade variável, para garantir uma alta
eficiência de conversão (fig.4).
A instalação de turbinas eólicas tem interesse em locais em que a
velocidade média anual dos ventos seja superior a 3,6 m/s.
Existem atualmente, mais de 20 000 turbinas eólicas de grande porte em
operação no mundo (principalmente no Estados Unidos). Na Europa, espera-se
gerar 10 % da energia elétrica a partir da eólica, até o ano de 2030.
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O Brasil produz e exporta equipamentos para usinas eólicas, mas elas
ainda são pouco usadas. Aqui se destacam as Usinas do Camelinho (1MW, em MG),
de Mucuripe (1,2MW) e da Prainha (10MW) no Ceará, e a de Fernando de Noronha em
Pernambuco.
Energia das marés
Energia das marés
A energia das marés é obtida de modo semelhante ao da energia
hidrelétrica.
Constrói-se uma barragem, formando-se um reservatório junto ao mar. Quando a maré é alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina e produzindo energia elétrica, e na maré baixa o reservatório é esvaziado e água que sai do reservatório, passa novamente através da turbina, em sentido contrário, produzindo energia elétrica. Este tipo de fonte é também usado no Japão e Inglaterra.
No Brasil temos grande amplitude de marés, por exemplo, em São Luís,
na Baia de São Marcos (6,8m), mas a topografia do litoral inviabiliza
economicamente a construção de reservatórios.
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A energia fotovoltaica é fornecida de painéis contendo células
fotovoltaicas ou solares que sob a incidência do sol geram energia elétrica.
A energia gerada pelos painéis é armazenada em bancos de bateria, para que
seja usada em período de baixa radiação e durante a noite.
A conversão direta de energia solar em energia elétrica é realizada
nas células solares através do efeito fotovoltaico, que consiste na geração
de uma diferença de potencial elétrico através da radiação. O efeito
fotovoltaico ocorre quando fótons (energia que o sol carrega) incidem sobre
átomos (no caso átomos de silício), provocando a emissão de elétrons, gerando
corrente elétrica. Este processo não depende da quantidade de calor, pelo
contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua temperatura aumenta.
O uso de painéis fotovoltaicos para conversão de energia solar em
elétrica é viável para pequenas instalações, em regiões remotas ou de difícil
acesso. É muito utilizada para a alimentação de dispositivos eletrônicos
existentes em foguetes, satélites e astronaves.
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O sistema de co-geração fotovoltaica também é uma solução; uma fonte de
energia fotovoltaica é conectada em paralelo com uma fonte local de
eletricidade. Este sistema de co-geração voltaica está sendo implantado na
Holanda em um complexo residencial de 5000 casas, sendo de 1 MW a capacidade de
geração de energia fotovoltaica. Os Estados Unidos, Japão e Alemanha têm
indicativos em promover a utilização de energia fotovoltaica em centros
urbanos. Na Cidade Universitária - USP - São Paulo, há um prédio que utiliza
este tipo de fonte de energia elétrica.
No Brasil já é usado, em uma escala significativa, o coletor solar que
utiliza a energia solar para aquecer a água e não para gerar energia elétrica.
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