ESCOLA POLITÉCNICA DE MINAS GERAIS – POLIMIG
ESCOLA TÉCNICA VITAL BRASIL
GERAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA A BIOMASSA
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NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
Alessandro Eros
Alan Douglas
Otto Rodrigues
Karla Diniz
Ulissis Severino
Jefferson Gonçalve...
Dedicamos esse trabalho a todos que
nos deram apoio e confiaram que a
realização deste foi extremamente
possível em especi...
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"A imaginação é mais importante que o
conhecimento. Conhecimento auxilia
por fora, mas só o amor socorre por
dentro. Co...
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INDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Esquema de Ligação Biogás.....................................................................
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INDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Passo a passo de funcionamento de uma termoelétrica................................... 14
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Sumário
INDICE DE FIGURAS............................................................................................1...
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Resumo:
Gerar energia elétrica a partir do processo de termoelétrica
utilizando o biogás, este proveniente do processo d...
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b) Contribuir para a economia do consumo de petróleo, pois o biogás
é um combustível proveniente de fontes alternativas....
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O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos
(esterco animal, resíduos industriais etc.) podem ser f...
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do ponto de vista comercial e é o mais dissemi...
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Convertendo a energia mecânica em energia elétrica
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II. Quando suspensos pelo centro de gravidade, orientam-se
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Lei de Faraday
“Em todo condutor enquanto sujeito a uma variação de fluxo magnético
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Visão Geral da Apresentação
Trata-se de uma pequena caldeira feita com tubo de aço de Ø6” com
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Essa caldeira, parcialmente cheia de água, é colocada horizontalmente
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Referências
Site http://cenbio.iee.usp.br/saibamais/tecnologias.htm Centro Nacional de
Referência em Biomassa acessado ...
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Projeto de geração de energia térmica a biomassa

  1. 1. ESCOLA POLITÉCNICA DE MINAS GERAIS – POLIMIG ESCOLA TÉCNICA VITAL BRASIL GERAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA A BIOMASSA Alessandro Eros, Allan Douglas, Otto Rodrigues, Karla Diniz, Ulissis Severino, Jefferson Gonçalves, Luciano Pio, Marcus Vinicius, Robert Leles, Flávio Henrique, Victor Clarck, Gleidson de Oliveira, Hudson Campos , Leandro Costa, Caique Viana BELO HORIZONTE - MG 2013
  2. 2. NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO Alessandro Eros Alan Douglas Otto Rodrigues Karla Diniz Ulissis Severino Jefferson Gonçalves Luciano Pio Marcus Vinicius Robert Leles Flávio Henrique Victor Victor Clarck Gleidson de Oliveira Hudson Campos Leandro Costa Caique Viana TÍTULO DO TRABALHO: Geração de Energia a Biogás Trabalho de Eletrotécnica apresentado à Coordenação da Feira, como parte das exigências do edital de participação da POLIVITAL 2013. Aprovado em de de 2013. Orintador: Prof. Cássio William Ass.: BELO HORIZONTE - MG
  3. 3. Dedicamos esse trabalho a todos que nos deram apoio e confiaram que a realização deste foi extremamente possível em especial o Professor Cássio William que confiou em nossa proposta e nos orientou na realização do mesmo.
  4. 4. IV "A imaginação é mais importante que o conhecimento. Conhecimento auxilia por fora, mas só o amor socorre por dentro. Conhecimento vem, mas a sabedoria tarda." Albert Einstein
  5. 5. V INDICE DE FIGURAS Figura 1 - Esquema de Ligação Biogás..................................................................................... 9 Figura 2 - Estocagem de lenha.................................................................................................. 10 Figura 3 - Lenha sendo consumida pelo fogo ......................................................................... 11 Figura 4 - Avaliação de arvores para o corte........................................................................... 12 Figura 5 - Ilustração de funcionamento de uma termoelétrica.............................................. 14 Figura 6 - Roda d'agua em funcionamento.............................................................................. 15 Figura 7 - Representação básica de um gerador.................................................................... 16 Figura 8 - Imã com limalha de ferro em suas extremidades ................................................. 16 Figura 9 - Orientação do imã...................................................................................................... 17 Figura 10 - Demonstração do fenômeno.................................................................................. 17 Figura 11 - Demonstração linha de indução (força) teórico. ................................................. 17 Figura 12 - Demonstração linhas de indução(força) com limalha de ferro ......................... 17 Figura 13 - Demonstração lei de Faraday................................................................................ 18 Figura 14 - Gerador normalmente utilizado ............................................................................. 19 Figura 15 - Enrolamentos principais de um gerador............................................................... 19 Figura 16 - Visão explodida do projeto prático....................................................................... 19 Figura 17 - Visão geral do projeto pratico ................................................................................ 20
  6. 6. VI INDICE DE TABELAS Tabela 1 - Passo a passo de funcionamento de uma termoelétrica................................... 14
  7. 7. VII Sumário INDICE DE FIGURAS............................................................................................1 INDICE DE TABELAS...........................................................................................VI Resumo: ................................................................................................................8 Palavras - chave: ...................................................................................................8 Introdução:.............................................................................................................8 Resumo Teórico:....................................................................................................9 Digestão Anaeróbia....................................................................................................................... 9 Energia Térmica a Biomassa........................................................................................................ 10 Usina Termoelétrica.............................................................................................13 Geração de Energia..................................................................................................................... 15 Etapas da geração de energia.............................................................................15 Convertendo a energia mecânica cinética de rotação em energia elétrica ............................... 16 Princípios de um gerador........................................................................................................ 16 Magnetismo ............................................................................................................................ 16 Indução Magnética.................................................................................................................. 17 Lei de Faraday ......................................................................................................................... 17 O gerador ................................................................................................................................ 18 Visão Geral da Apresentação ..............................................................................19 Conclusão:...........................................................................................................20 Referências..........................................................................................................21
  8. 8. 8 Resumo: Gerar energia elétrica a partir do processo de termoelétrica utilizando o biogás, este proveniente do processo da digestão anaeróbica mais conhecida como biodigestor. Espera-se, portanto que este trabalho desperte na população a necessidade de desenvolver novas tecnologias sustentáveis e acessíveis para aproveitamento dos resíduos orgânicos que conhecemos como biomassa1 e a otimização dos processos produtivos já existentes. Palavras - chave: Aproveitando resíduos para um futuro sustentável Introdução: A partir da crise do petróleo da década de 70, a economia das nações dependentes desse energético vem sofrendo profundas modificações na busca da substituição daquele produto por fontes de energia renováveis No Brasil esforços foram desenvolvidos no sentido de se substituir o petróleo e, dentre as fontes substitutivas desse energético foram pesquisados o álcool, xisto, metanol, etc. Uma das opções para a produção de energia, a baixo custo que vem apresentando resultados favoráveis e já difundido em vários países é o biogás. Apesar de ser conhecido a muito tempo, só mais recentemente os processos de obtenção de biogás vêm se desenvolvendo sem objetivos práticos em maior amplitude, objetivando sua utilização como energético. Dessa forma a partir de 1976 os estudos relativos ao seu aproveitamento foram intensificados. A ideia da produção de biogás nas propriedades rurais, indiferentemente de suas dimensões, em última análise, se associa ao atingimento de um quádruplo objetivo, ou seja: a) Proporcionar maior conforto ao rurícola permitindo-lhe dispor de um combustível prático e barato que tanto poderá ser usado para fins de calefação e iluminação, como ainda para acionar pequenos motores estacionários de combustão interna. 1 Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa
  9. 9. 9 b) Contribuir para a economia do consumo de petróleo, pois o biogás é um combustível proveniente de fontes alternativas. c) Produzir biofertilizante que é um resíduo rico em húmus e nutrientes, utilizado na fertilização do solo, para aumentar a produtividade dos cultivos face ao seu baixo custo de obtenção. d) Contribuir para a preservação do meio ambiente pela produção de biogás, o que consiste na reciclagem de dejetos e resíduos orgânicos poluentes. Diante deste contexto é importante destacar o Manual de Bioenergia desenvolvido por cinco países da Europa, entre eles Portugal, Alemanha, Itália, Holanda e Reino Unido define que a bioenergia é a energia obtida a partir da biomassa – constitui uma alternativa possível, embora parcial, à aquisição de combustível fósseis e, como tal, poderá estabelecer-se como variável determinante na solução de muitos dos problemas energético-ambientais, econômicos e até sociais. Resumo Teórico: Digestão Anaeróbia A digestão anaeróbia, assim como a pirólise (carbonização), ocorre na ausência de ar, porém nesse caso o processo consiste na decomposição do material pela ação de microrganismos (bactérias acidogênicas e metanogênicas). Trata-se de um processo simples, que ocorre naturalmente com quase todos os compostos orgânicos. Figura 1 - Esquema de Ligação Biogás
  10. 10. 10 O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos (esterco animal, resíduos industriais etc.) podem ser feitos pela digestão anaeróbia em biodigestores, onde o processo é favorecido pela umidade e aquecimento. O aquecimento é provocado pela própria ação das bactérias, mas, em regiões ou épocas de frio, pode ser necessário calor adicional, visto que a temperatura deve ser de pelo menos 35°C. No Brasil, apesar do enorme potencial, ainda são poucas as usinas termelétricas movidas a biogás em operação. No final de 2009, a Aneel regulamentou a geração a partir do biogás e sua comercialização. Pela Resolução Normativa nº 390/2009, qualquer distribuidora de energia elétrica pode fazer chamadas públicas para comprar eletricidade produzida por biodigestores. Seguindo as exigências da Aneel em relação à qualidade da energia, os produtores poderão enviar a eletricidade para a linha de distribuição, em vez de somente consumir. Energia Térmica a Biomassa As principais rotas tecnológicas são analisadas no estudo sobre biomassa constante do Plano Nacional de Energia 2030 e resumidas a seguir: Figura 2 - Estocagem de lenha Ciclo a vapor com turbinas de contrapressão: É empregado de forma integrada a processos produtivos por meio da cogeração. Nele, a biomassa é queimada diretamente em caldeiras e a energia térmica resultante é utilizada na produção do vapor. Este vapor pode acionar as turbinas usadas no trabalho mecânico requerido nas unidades de produção e as turbinas para geração de energia elétrica. Além disso, o vapor que seria liberado na atmosfera após a realização desses processos pode ser encaminhado para o atendimento das
  11. 11. 11 necessidades térmicas do processo de produção. Este processo está maduro do ponto de vista comercial e é o mais disseminado atualmente. O Brasil conta, inclusive, com diversos produtores nacionais da maior parte dos equipamentos necessários. Ciclo a vapor com turbinas de condensação e extração: Consiste na condensação total ou parcial do vapor ao final da realização do trabalho na turbina para atendimento às atividades mecânicas ou térmicas do processo produtivo. Esta energia a ser condensada, quando inserida em um processo de cogeração, é retirada em um ponto intermediário da expansão do vapor que irá movimentar as turbinas. A diferença fundamental desta rota em relação à contrapressão é a existência de um condensador na exaustão da turbina e de níveis determinados para aquecimento da água que alimentará a caldeira. A primeira característica proporciona maior flexibilidade da geração termelétrica (que deixa de ser condicionada ao consumo de vapor de processo). A segunda proporciona aumento na eficiência global da geração de energia. Este sistema, portanto, permite a obtenção de maior volume de energia elétrica. No entanto, sua instalação exige investimentos muito superiores aos necessários para implantação do sistema simples de condensação. Figura 3 - Lenha sendo consumida pelo fogo Ciclo combinado integrado a gaseificação da biomassa: A gaseificação é a conversão de qualquer combustível líquido ou sólido, como a biomassa, em gás energético por meio da oxidação parcial em temperatura elevada. Esta conversão, realizada em gaseificadores, produz um gás combustível que pode ser utilizado em usinas térmicas movidas a gás para a produção de energia elétrica. Assim, a tecnologia de gaseificação aplicada em maior escala transforma a biomassa em importante fonte primária de centrais de geração termelétrica de elevada potência, inclusive aquelas de ciclo
  12. 12. 12 combinado, cuja produção é baseada na utilização do vapor e do gás, o que aumenta o rendimento das máquinas. A tecnologia de gaseificação de combustíveis é conhecida desde o século XIX e foi bastante utilizada até os anos 30, quando os derivados de petróleo passaram a ser utilizados em grande escala e adquiridos por preços competitivos. Ela ressurgiu nos anos 80 – quando começou a ficar evidente a necessidade de contenção no consumo de petróleo – mas, no caso da biomassa, ainda não é uma tecnologia competitiva do ponto de vista comercial. Segundo o Plano Nacional de Energia 2030, a maior dificuldade para a sua aplicação não é o processo básico de gaseificação, mas a obtenção de um equipamento capaz de produzir um gás de qualidade, com confiabilidade e segurança, adaptado às condições particulares do combustível e da operação. Figura 4 - Avaliação de arvores para o corte. A biomassa sólida tem como fonte os produtos e resíduos da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), os resíduos das florestas e a fração biodegradável dos resíduos industriais e urbanos. A biomassa líquida existe em uma série de bicombustíveis líquidos com potencial de utilização, todos com origem nas chamadas “culturas energéticas”. São exemplos o biodiesel, obtido a partir de óleos de colza ou girassol; o etanol, produzido com a fermentação de hidratos de carbono (açúcar, amido, celulose); e o metanol, gerado pela síntese do gás natural. A biomassa gasosa é encontrada nos efluentes agropecuários provenientes da agroindústria e do meio urbano. É achada também nos aterros de RSU (resíduos sólidos urbanos). Estes resíduos são resultado da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica, e são constituídos por uma mistura de metano e gás carbônico. Esses materiais são submetidos à combustão para a geração de energia.
  13. 13. 13 O biogás é obtido a partir da biomassa contida em dejetos (urbanos, industriais e agropecuários) e em esgotos, que passa naturalmente do estado sólido para o gasoso por meio da ação de microorganismos que decompõem a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico. Neste caso, o biogás é lançado à atmosfera e passa a contribuir para o aquecimento global, uma vez que é composto por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), oxigênio (O2) e gás sulfídrico (H2S). A utilização do lixo para produção de energia permite o uso deste gás, além da redução do volume dos dejetos em estado sólido. A geração de energia por esta fonte permite a redução dos gases causadores do efeito estufa e contribui para o combate à poluição do solo e dos lençóis freáticos. Existem três rotas tecnológicas para a utilização do lixo como fonte energética. Uma delas, a mais simples e disseminada, é a combustão direta dos resíduos sólidos. Outra é a gaseificação por meio da termoquímica (produção de calor por meio de reações químicas). Finalmente, a terceira (e mais utilizada para a produção do biogás) é a reprodução do processo natural em que a ação de microorganismos em um ambiente anaeróbico produz a decomposição da matéria orgânica e, em consequência, a emissão do biogás. Existem várias rotas tecnológicas para obtenção da energia elétrica a partir da biomassa. Todas preveem a conversão da matéria-prima em um produto intermediário que será utilizado em uma máquina motriz. Essa máquina produzirá a energia mecânica que acionará o gerador de energia elétrica. Usina Termoelétrica A usina termoelétrica é uma instalação industrial que produz energia a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis (como carvão mineral, óleo, gás, e como proposto neste trabalho pelo biogás, entre outros) ou por outras fontes de calor (como a fissão nuclear, em usinas nucleares).
  14. 14. 14 Primeiramente aquece-se uma caldeira com água, essa água será transformada em vapor d’água em alta pressão, cuja a força irá movimentar as pás de uma turbina que por sua vez movimentará um gerador. Figura 5 - Ilustração de funcionamento de uma termoelétrica Chamam-se Termoelétricas por que são constituídas de 2 partes, uma térmica onde se produz muito vapor a altíssima pressão e outra elétrica onde se produz a eletricidade. 1 A Energia Elétrica é produzida por um Gerador. 2 O Gerador possui um eixo que é movido por uma Turbina. 3 A Turbina é movida por um Jato de Vapor de grande pressão. Depois do uso, o vapor é jogado fora na atmosfera. 4 O Vapor é produzido por uma Caldeira. 5 A Caldeira é Aquecida com a queima do biogás. Tabela 1 - Passo a passo de funcionamento de uma termoelétrica
  15. 15. 15 Figura 6 - Roda d'agua em funcionamento. As vantagens é que podem ser construídas próximas a centros urbanos, diminuindo as linhas de transmissões e desperdiçando menos energia. Também são usinas que produzem uma quantidade constante de energia elétrica durante o ano inteiro, ao contrário das hidrelétricas, que tem a produção dependente do nível dos rios. No Brasil, as térmicas complementam a matriz energética de hidrelétricas, sendo ligadas apenas quando há necessidade (como em períodos de estiagem). Geração de Energia A geração de energia elétrica é a transformação de qualquer tipo de energia em energia elétrica. Esse processo ocorre em duas etapas. Na 1a etapa uma máquina primária transforma qualquer tipo de energia, normalmente hidráulica ou térmica, em energia mecânica cinética de rotação. Em uma 2a etapa um gerador elétrico acoplado à máquina primária transforma a energia mecânica cinética de rotação em energia elétrica. Etapas da geração de energia Produção de energia mecânica cinética de rotação Temos várias formas de produzir energia mecânica como: Hidráulica, Carvão, Nuclear, Solar e Biogás, dentre várias outras formas de obter-se energia mecânica cinética de rotação. Um dos primeiros geradores de energia mecânica foi o hidráulico, pois aproveita-se a força da agua cuja a mesma atua pelo efeito do peso e da velocidade da agua fazendo girar uma roda conectada a um eixo conhecido como roda d’agua, a partir desse princípio temos hoje grades hidroelétricas que se utilizam dessa forma de energia mecânica.
  16. 16. 16 Figura 8 - Imã com limalha de ferro em suas extremidades Convertendo a energia mecânica em energia elétrica Princípios de um gerador O gerador funciona convertendo a energia mecânica contida na rotação do eixo do mesmo que faz com que a intensidade de um campo magnético produzido por um imã que atravessa um conjunto de enrolamentos que varie. Figura 7 - Representação básica de um gerador Magnetismo Imãs (do grego, corpos que se amam) - São constituídos de magnetita(Fe3O4) que lhes proporcionam as seguintes propriedades: I. Quando colocados na presença de pequenas limalhas(fragmentos) de ferro, provocam atração nas mesmas. As limalhas se concentram de forma mais acentuada nas bordas de um imã em forma de barra. Estas bordas são denominadas “ pólos do imã ”.
  17. 17. 17 II. Quando suspensos pelo centro de gravidade, orientam-se aproximadamente na direção Norte-Sul geográfica. Indução Magnética Quando uma pequena bússola é colocada no interior de um campo magnético, a sua tendência é alinhar-se tangencialmente à LI, com o pólo NORTE apontando no sentido do campo. Figura 10 - Demonstração do fenômeno Convenciona-se que as linhas de indução saem do pólo Norte para o pólo Sul. Na realidade elas são curvas fechadas que no Interior do imã se orientam do Sul para o Norte. Lei de Faraday N S Norte geográfico Sul geográfico Figura 9 - Orientação do imã Figura 11 - Demonstração linhas de indução(força) com limalha de ferro Figura 12 - Demonstração linha de indução (força) teórico.
  18. 18. 18 Lei de Faraday “Em todo condutor enquanto sujeito a uma variação de fluxo magnético é estabelecida uma força eletromotriz (tensão) induzida”. Processos básicos para a geração de uma FEM (força eletromotriz) , por meio da indução eletromagnética: • pelo movimento de um condutor dentro do campo magnético; • movendo-se o campo, permanecendo fixo o condutor; • variando o fluxo do campo magnético, mediante a variação da corrente que produz o campo magnético. O gerador A energia mecânica (muitas vezes proveniente de uma turbina hidráulica, à gás ou a vapor) é utilizada para fazer girar o rotor, através desse movimento começa ocorrer o fenômeno de indução eletro magnética, pois estabelece um campo que denominamos de campo principal e surgirá tensão induzida. A partir desse ponto, começa todo processo e obtém-se tensão induzida no circuito do rotor, que por sua vez, passa a percorrer corrente elétrica através desse circuito gerando um fluxo magnético no mesmo. Através da Lei da indução de Faraday induz uma tensão nos terminais dos enrolamentos principais que ao serem conectados a cargas levam a circulação de correntes elétricas pelos enrolamentos e pela carga. Figura 13 - Demonstração lei de Faraday
  19. 19. 19 Visão Geral da Apresentação Trata-se de uma pequena caldeira feita com tubo de aço de Ø6” com ambos os lados fechados, no qual será soldado um tubinho de cobre por onde o vapor será direcionado para a turbina. Através de outro orifício pode-se abastecer a caldeira com água. Após colocado água na caldeira, metade de sua capacidade total. tubo de 6” de diâmetro, tubo de cobre, turbina, pás, 2 suportes Figura 16 - Visão explodida do projeto prático. Figura 15 - Enrolamentos principais de um gerador Figura 14 - Gerador normalmente utilizado
  20. 20. 20 Essa caldeira, parcialmente cheia de água, é colocada horizontalmente sobre uma pequena 'fornalha'. Em frente à saída do tubinho, também horizontal, coloca-se a turbina, semelhante a uma roda d'água. Quando a água ferve o vapor produzido é expulso sob pressão, num jato horizontal, o qual movimenta a turbina. Uma correia passando por uma polia fixada nessa roda e por outra pequena polia presa ao eixo de um gerador. Essa adaptação do gerador elétrico à turbina; um verdadeiro modelo de uma usina termoelétrica: Conclusão: A Energia Elétrica é uma das formas de energia mais úteis para a humanidade. Ela fornece luz, calor, força para o funcionamento de máquinas, comodidade para as pessoas, entre outros benefícios. Com a geração de energia elétrica através do biogás observamos que esse processo é útil a natureza, pois se trata de energia limpa onde todo o material é aproveitado retribuindo para a sustentabilidade do mundo. No Instituto Fraunhofer na Alemanha já existem projetos para utilização do lixo orgânicos das residências para produção energia elétrica e térmica através do biogás proveniente da decomposição do lixo. Cada residência poderá gerar sua própria energia para consumo. Ajudando na redução do volume dos dejetos em estado sólido em aterros sanitários. É um campo de pesquisa com grande potencial e ampla aplicação no campo da eletrotécnica. Figura 17 - Visão geral do projeto pratico
  21. 21. 21 Referências Site http://cenbio.iee.usp.br/saibamais/tecnologias.htm Centro Nacional de Referência em Biomassa acessado em 01/10/2013 às 09h20min Site elementar energias renováveis http://www.elementarenergia.com.br/areas- de-atuacao/energia-termica-a-biomassa.html acessado em 01/09/2013 às 9h35min Site da câmara de comercialização de energia elétrica http://www.ccee.org.br/portal/faces/pages_publico/onde- atuamos/fontes?_afrLoop=262755208283000#%40%3F_afrLoop%3D2627552 08283000%26_adf.ctrl-state%3Dlj592s7k6_17 acessado em 01/10/2013 às 09h40min Site http://www.infoescola.com/fisica/usina-termoeletrica/ acessado em 01/10/2013 às 9h50min Site http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/Motor08.asp acessado em 01/10/2013 às 10h00min Site http://eletrotecpolimig2013.forumeiros.com/t1-maquinas-eletricas-professor-romulo acessado em 23/10/2013 ás 01h35min Sitehttp://1.bp.blogspot.com/_RYQULtAnGWQ/TDdiFkhpNzI/AAAAAAAAACM/tgCPC_w dmQY/s1600/dsc01983.jpg acessado em 23/10/2013 ás 00h45min Site http://www.feg.unesp.br/energiasrenovaveis/rodadagua.htm acessado em 23/10/2013 em 23/10/2013 ás 00h25min

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