Relatório tipos de geração de energia

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Em contexto contemporâneo, a energia elétrica caracteriza-se como um dos principais bens de produção da humanidade. Utilizando-a como fonte energética é possível realizar uma ampla variedade de trabalho, que vão desde a aplicação para alimentação de máquinas, até o abastecimento de residências. Possibilitando, assim, a execução de um conjunto de tarefas presente no cotidiano, ou em meio industrial.
Devido ao imenso crescimento das demandas por energia elétrica em todo o mundo, surgiu a preocupação com a diversificação dos métodos de obtenção dessa energia. Naquele período, a energia era proveniente de processos deveras agressivos à natureza, como as usinas termelétricas. Além de utilizarem recursos tidos como “esgotáveis”, como os combustíveis fósseis, as denominadas fontes não renováveis de energia.
Tendo em vista a recorrente preocupação com a preservação das riquezas naturais do planeta, bem como a garantia da continuação da obtenção desse tipo de energia, surgiu dentro desse contexto, as fontes de energia alternativa. Estas consistem em métodos de geração de energia elétrica, que utilizam como fonte geradora recursos tidos como “inesgotáveis”, como a energia solar, e são denominadas fontes renováveis de energia.
O objetivo desse trabalho é efetuar um estudo analítico e descritivo acerca das principais fontes de energias renováveis e não renováveis da atualidade. Pretende-se apresentar o princípio de funcionamento das energias provenientes de usinas termelétricas, hidrelétricas, eólica, de energia solar, maremotriz, e nuclear, apontando os prós e contras da utilização de cada uma dessas fontes energéticas.

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Relatório tipos de geração de energia

  1. 1. DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL JASON LEVY MATEUS BARBOSA VICTOR SAID VICTÓRIA CABRAL TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: POR QUE INVESTIR NA DIVERSIDADE DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA? Salvador 2014
  2. 2. JASON LEVY MATEUS BARBOSA VICTOR SAID VICTÓRIA CABRAL TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: POR QUE INVESTIR NA DIVERSIDADE DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA? Relatório solicitado pela professora Francismari Santos, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Eletrotécnica II, no Instituto Federal Bahia – IFBA, câmpus Salvador. Esta atividade foi realizada sob orientação da Prof.ª Francimari Santos. Salvador 2014
  3. 3. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica.....................5 Figura 2 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica.....................7 Figura 3 – Usina Solar Térmica...................................................................................9 Figura 4 – Perfil esquemático dos aerogeradores.....................................................13 Figura 5 – Modelo Planetário do Átomo ....................................................................15 Figura 6 – Esquema de uma Usina Nuclear..............................................................17 Figura 7 - Esquema de funcionamento de uma usina maremotriz ............................20 Figura 8 – Matriz energética Brasileira......................................................................22
  4. 4. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................4 2 USINA HIDRELÉTRICA...........................................................................................5 2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO .....................................................................5 2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS ......................................................................6 3 USINA TERMELÉTRICA .........................................................................................7 4 USINA SOLAR.........................................................................................................9 4.1 USINA SOLAR TÉRMICA .....................................................................................9 4.2 USINA SOLAR FOTOVOLTAICA........................................................................11 5 USINA EÓLICA......................................................................................................12 5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ...................................................................12 5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS ....................................................................14 6 USINA NUCLEAR..................................................................................................15 6.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ...................................................................15 6.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS ....................................................................18 7 USINA MAREMOTRIZ...........................................................................................20 8 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA: POR QUE DIVERSIFICÁ-LA? ................22 9 MATRIZ ENERGÉTICA: COMPARAÇÃO ENTRE FONTES DE ENERGIA.........24 10 CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................26 REFERÊNCIAS.........................................................................................................27
  5. 5. 4 1 INTRODUÇÃO Em contexto contemporâneo, a energia elétrica caracteriza-se como um dos principais bens de produção da humanidade. Utilizando-a como fonte energética é possível realizar uma ampla variedade de trabalho, que vão desde a aplicação para alimentação de máquinas, até o abastecimento de residências. Possibilitando, assim, a execução de um conjunto de tarefas presente no cotidiano, ou em meio industrial. Devido ao imenso crescimento das demandas por energia elétrica em todo o mundo, surgiu a preocupação com a diversificação dos métodos de obtenção dessa energia. Naquele período, a energia era proveniente de processos deveras agressivos à natureza, como as usinas termelétricas. Além de utilizarem recursos tidos como “esgotáveis”, como os combustíveis fósseis, as denominadas fontes não renováveis de energia. Tendo em vista a recorrente preocupação com a preservação das riquezas naturais do planeta, bem como a garantia da continuação da obtenção desse tipo de energia, surgiu dentro desse contexto, as fontes de energia alternativa. Estas consistem em métodos de geração de energia elétrica, que utilizam como fonte geradora recursos tidos como “inesgotáveis”, como a energia solar, e são denominadas fontes renováveis de energia. O objetivo desse trabalho é efetuar um estudo analítico e descritivo acerca das principais fontes de energias renováveis e não renováveis da atualidade. Pretende-se apresentar o princípio de funcionamento das energias provenientes de usinas termelétricas, hidrelétricas, eólica, de energia solar, maremotriz, e nuclear, apontando os prós e contras da utilização de cada uma dessas fontes energéticas. Por fim, pretende-se realizar uma análise a respeito da necessidade de diversificação da matriz energética brasileira, respondendo ao questionamento: “por que investir na diversidade da matriz energética brasileira?”. A fim de possibilitar tal análise, bem como a abordagem do tema proposto, utilizou-se como principal metodologia a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando artigos científicos, websites, relatórios e atlas acerca do balanço energético brasileiro e mundial.
  6. 6. 5 2 USINA HIDRELÉTRICA O advento da eletricidade tornou-se sinônimo de crescimento econômico, pois a quantidade de energia que um determinado país pode produzir significará que o mesmo poderá atender a grande demanda dos equipamentos, aumentando a produção. Dentre as diversas formas de produzir a energia elétrica, encontra-se o aproveitamento do fluxo da água e dos desníveis para formar a energia mecânica e, por conseguinte, a energia elétrica. 2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO A produção de energia elétrica por recursos hídricos é dada pelas transformações de energia da mesma, estas podem ser de forma natural ou artificial. Porém a forma mais usual é a aplicação artificial com a implantação de grandes barragens. O método aplicado para a produção de energia através da água baseia-se no mesmo aplicado na antiguidade na moagem de grãos, porém com a evolução tecnológica, esta prática direcionou-se para a geração de eletricidade. As usinas as hidroelétricas, ou hidrelétrica, são constituídas por barragem, reservatório, duto e casa de força, como ilustra a Figura 1. Para que uma usina seja considerada de boa eficiência deve-se levar em consideração suas principais variáveis como: altura de queda d’água, vazão, potência instaladas entre outros. Figura 1 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica Fonte: ANEEL, 2008
  7. 7. 6 A formação de energia elétrica ocorre pela transformação de energia potencial gravitacional, esta pode ser definida como a interação de um determinado corpo e a Terra. De forma análoga ao levantar um copo a uma determinada altura, transfere-se a este corpo a energia potencial gravitacional. Da mesma forma pode- se aplicar aos reservatórios, em que são contidas as águas dos rios, transferindo a estes a energia potencial. São construídas tubulações que irão direcionar o fluido para as turbinas, estes são denominados dutos, à medida que este fluido passa irão se impor a resistência causadas pelas turbinas e com isso movimenta-las. As turbinas, por sua vez, terão movimentos diretamente relacionados com a velocidade com que o fluido move suas pás. A oscilação gerada pela força da água será transferida as hastes, que estarão em conexão com o imã e, como no experimento feito por Oersted, o campo magnético irá criar uma corrente elétrica alternada, que será enviada para as linhas de transmissões. 2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS As usinas hidrelétricas são uma das formas mais limpas de produção de energia elétrica, pois não liberam gases tóxicos, nem combustíveis fosseis, pois nela utiliza-se a água, um bem comum, para gerar energia elétrica. Segundo a Eletrobrás (2014) existem diversos benefícios gerados pelas usinas hidrelétricas dentre elas podem se destacar a ajuda no combate a mudanças climáticas em que estudos têm comprovado que o uso das usinas possibilita a diminuição do efeito estufa. Além disso, promovem redução dos preços para o consumidor final, isso por uma energia de caráter renovável e gerar uma boa relação de custo/benefício. Entretanto a maior desvantagem enfrentada, e que acomete o cenário brasileiro, é de caráter ambiental. Os locais ideais para a geração de eletricidade através da água são necessárias grandes áreas territoriais para a criação de reservatórios. Com isso ocorre a perda eminente das comunidades animais, vegetais e sociais, pois as regiões onde será realizada a construção dos reservatórios passará por um amplo, e irreversível, processo de alagamento.
  8. 8. 7 3 USINA TERMELÉTRICA Temperatura é por definição uma grandeza física que mede a intensidade da energia cinética média contida no interior de uma amostra de determinada substância. A temperatura na antiguidade era observada, porém não costumava ser medida como nos tempos atuais, e um bom exemplo de como a temperatura era somente observada sem utilidade prática é a fervura da água, que antes era considerada algo misterioso e o vapor gerado algo sem utilidade alguma. Foi-se dada alguma utilidade ao vapor quando Heron de Alexandria inventou um brinquedo a vapor chamado Eolípila, porém o uso prático do vapor d’água somente veio quando foram inventadas a máquina a vapor e a turbina a vapor, sendo a segunda importantíssima para a geração de energia, pois é com a transformação da energia contida no vapor que as usinas termelétricas trabalham. Por mais sofisticadas que sejam as instalações das usinas termelétricas suas partes principais sempre serão uma caldeira, uma turbina, um gerador e um condensador, o esquema geral é ilustrado na Figura 2. A água é transformada em vapor na caldeira normalmente pela queima de combustíveis fósseis ou em alguns casos pela energia liberada pela fissão nuclear, e esse vapor, apesar de poder ser utilizado na temperatura na qual sai da caldeira, é passado em um equipamento chamado super aquecedor, que tem como função aumentar a temperatura para aumentar assim a eficácia da geração de energia elétrica. Figura 2 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica Fonte: GEOCITIES, 2014.
  9. 9. 8 Em seguida o vapor é direcionado através das linhas para a turbina a vapor, que com sua rotação aciona o gerador que com a movimentação de imãs ocasionará a geração de corrente elétrica alternada. O vapor ao sair da turbina já estará quase retornando ao estado líquido, então este é direcionado a um condensador que promove essa transformação e essa água depois de tratada pode ser reutilizada. As usinas termoelétricas eram de grande utilidade logo no princípio do uso da energia elétrica, pois como elas são capazes de produzir energia elétrica sem muitos gastos o que era bastante interessante na época, porém essas usinas causavam um impacto ambiental muito grande, pois com a queima de combustíveis fosseis aumenta a emissão de gases que aumentarão o efeito estufa e a chuva ácida. No Brasil as usinas termoelétricas eram utilizadas em larga escala, todavia houve a substituição delas por usinas hidrelétricas, contudo essa substituição não representa grandes avanços rumo a uma energia mais sustentável, pois toda usina hidrelétrica deve ter em suas imediações uma usina termelétrica para casos em que o nível da barragem esteja de tal forma baixo que seja impossível a geração de energia pela maneira usual, então essa substituição no Brasil ao invés de diminuir os impactos ambientais causados por uma termoelétrica, somente os somaram com os impactos de uma hidroelétrica, pois mesmo que sejam em ocasiões especiais as termelétricas anexadas às hidrelétricas serão utilizadas em algum tempo durante a atividade das usinas hidrelétricas, ou durante todo o tempo, como é o caso da usina hidrelétrica da Balbina, no Amazonas, que para aumentar a produção energética e diminuir os impactos causados pela não remoção das árvores antes de alagar a área utiliza o metano dissolvido na água que supre a Balbina para alimentar a termoelétrica das imediações, que permanece sempre ligada, para suprir as demandas energéticas do estado.
  10. 10. 9 4 USINA SOLAR As usinas de energia solar são aquelas destinadas à produção de energia elétrica utilizando a energia proveniente da radiação solar. Este tipo de usina possui limitação quanto ao período de funcionamento e local de instalação, pois necessitam estar em áreas com alta incidência de luz solar, e funcionam apenas durante o período diurno, com queda brusca na produção nos períodos de nascente e poente do sol. Atualmente, existem dois tipos de usinas solar: térmica, que utiliza do calor para gerar energia elétrica; e fotovoltaica, que utiliza da luminosidade para gerar energia elétrica. 4.1 USINA SOLAR TÉRMICA A usina solar térmica, ilustrada na Figura 3, utiliza do calor proveniente da radiação do Sol para a geração de energia elétrica. Esse método consiste no direcionamento da energia calorífica da luz a um único ponto, no qual ocorrerá à fusão dos sais utilizados para realizar a evaporação da água, com consequente movimentação da turbina e geração de energia elétrica. Figura 3 – Usina Solar Térmica Fonte: LUZARDO et al, 2014.
  11. 11. 10 Como ilustrado na Figura 3, esse tipo de usina é instalado em áreas em que há grande incidência de raios solares. Nessas áreas são construídas grandes estruturas compostas por diversos espelhos móveis, heliostatos. Esses espelhos variam a angulação do seu eixo a fim de aumentar o índice de reflexão da luz no topo da torre, especificamente no receptor, e são construídos de modo a ocupar uma extensa área territorial. Com a forte incidência da radiação solar no receptor, há um aumento da temperatura do mesmo, tendo em vista que esse está recebendo um “bombardeamento de luz”. Proveniente da associação entre os diversos feixes ocorre à formação de um raio luminoso uniforme com elevada temperatura. Toda essa energia na forma de calor é armazenada na torre receptora, que é responsável pelo aquecimento dos sais utilizados na evaporação de água. O papel dos sais é armazenar o calor da fonte luminosa. A temperatura no receptor é elevada ao ponto de fundir os sais na forma de retículos cristalinos, que foram bombeados até o topo da torre em solução aquosa, ou similar. Após o processo de fusão os sais são armazenados em tanques com isolamento térmico, que irá retardar o resfriamento da solução salina. Em geral, os sais utilizados nesse processo possuem baixo índice de condução térmica, portanto, retendo o calor por longos períodos. Após a etapa do armazenamento, à medida que surgem demandas de geração elétrica, a solução aquecida é movida por meio de tubulações aos reatores de aquecimento ou trocadores de calor do tipo aquecedor. Nesses equipamentos os sais serão o fluido aquecedor, e a água o fluido aquecido. O objetivo desse processo é efetuar o aquecimento da água até a sua mudança de estado, torna-a vapor. Todavia, o vapor almejado possui algumas características especiais, como baixa humidade e alta velocidade, denominado vapor saturado ou supersaturado. Este vapor é encaminhado às turbinas, fazendo com que as mesmas entrem em movimento. A turbina conecta-se ao gerador por meio da haste constituída de material magnético, que está inserido dentro do gerador. Por fim, havendo esse movimento, ocorre a geração de energia elétrica, que será encaminhada para um transformador aumentador, responsável pelo aumento da tensão, e sua distribuição.
  12. 12. 11 4.2 USINA SOLAR FOTOVOLTAICA As usinas solares fotovoltaicas são aquelas que utilizam da energia luminosa proveniente do Sol para realizar a geração de energia elétrica. O processo consiste na utilização de placas solares, do tipo fotovoltaicas, dispostas em grandes planícies onde há alta incidência de radiação solar. De acordo com LUZARDO (et al, 2014), este método de geração elétrica possui baixo rendimento. Em média, cerca de 18% de toda a luminosidade incidida converte-se em eletricidade. O princípio de funcionamento desse tipo de usina baseia-se na massificação das placas fotovoltaicas. Estas placas são construídas de material semicondutor, e são fabricadas através do método de dopagem, possuindo organização estrutural P- N. As placas são construídas com silício dopado. O processo de dopagem consiste na adição de um elemento diferente na cadeia cristalina de determinada material. O silício em sua forma cristalina é puro, e, portanto, não é um isolante elétrico. Com o processo de dopagem, retira-se um dos átomos do cristal, substituindo-o por um elemento distinto. De acordo com Nascimento (2004, p. 12), em geral utilizam-se: ou fósforo, que confere “um material com elétrons livres ou materiais com portadores de carga negativa (silício tipo N)”; ou Boro, que se caracteriza pela “falta de elétrons ou material com cargas positivas livres (silício tipo P)”. As placas são constituídas por duplas camadas de silício P, espessa, e N, menos espessa. Ambas as camadas quando entram em contato desencadeiam a formação de um campo elétrico. o qual. Os elétrons da estrutura de silício, ao receber radiação solar, chocam-se com os fótons da luz, recebendo energia dos mesmos, tornando-se condutores. A geração de energia elétrica utilizando tecnologia fotovoltaica necessita de condutores ou locais de armazenamento externo que direcionem o fluxo elétrico criado pelas mesmas. Deste modo, a prática de geração de energia elétrica em larga escala utilizando as usinas solares fotovoltaicas consiste na construção de grandes parques solares, que ocupam extensa área territorial. A ocupação de vasto território é uma medida que visa aumentar a produção de eletricidade, remediando assim o baixo rendimento desse método.
  13. 13. 12 5 USINA EÓLICA A crise do petróleo trouxe como uma de suas consequências o investimentos em novas possibilidades de gerar a energia elétrica de forma renovável, ou seja, a utilização das forças presentes na natureza sendo estas de produção continua e que, do ponto de vista da humanidade, possui fabricação supostamente renovável. Dentro deste conceito, encontra-se a energia eólica, em que há aproveitamento das forças dos ventos para a geração de eletricidade usando uma transformação da energia cinética em elétrica através dos aerogeradores. 5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO O princípio de funcionamento da energia eólica baseia-se na utilização de aerogeradores, no formato de cata-vento, que terão por objetivo apresentar resistência às massas de ar e estas irão reagir a esta oposição com uma força, energia cinética, e consequentemente com o giro dos rotores seus elementos internos, turbinas e gerador, possibilitarão a produção de eletricidade. Os aerogeradores podem ser divididos em dois tipos: vertical e horizontal, esta primeira é pouco utilizada no âmbito comercial por apresentar diversas variações na obtenção de energia, tornando-os destinado a aplicações de pequeno porte, já o horizontal é mais comumente conhecido como cata-ventos pela sua similar aparência e sua qualidade de produção; utilizado para fins comerciais, é o mais idealizado, sendo mais aplicada nas usinas eólicas. As turbinas de rotor com eixo horizontal são acopladas, com o eixo e o gerador, em uma torre, que pode possuir 60 metros de altura. Suas turbinas devem ser postas em direção aos ventos e, em geral, sua caixa de engrenagem transforma, que terá por função adequar as rotações das pás para o gerador, ou seja, será um agente mediador dos mesmos. Sua constituição pode variar entre três, ou duas pás, porém a primeira é mais aplicada devido à estabilidade que oferece, já que com duas pás à menor estabilidade. Apesar da facilidade de manutenção apresentada nos rotores com eixos verticais, pelo fato de que sua caixa de engrenagem encontra-se próximo ao chão.
  14. 14. 13 Sua eficiência não apresenta dados satisfatórios para o uso comercial em massa, uma vez que apresentam baixa velocidade de rotações, exigindo torques elevados comprometendo a qualidade da eletricidade gerada, logo são aplicada a pequenos portes. Em geral as turbinas mais aplicadas ao meio industrial e comercial, pode ser, simplificadamente, se dividido em três partes como demonstra a Figura 4. Figura 4 – Perfil esquemático dos aerogeradores Fonte: AERO-MINI, 2014 As pás, como relatado anteriormente, vão oferecer resistência a força dos ventos forçando-os a girar as mesmas, juntamente a ela é girado o eixo que irá transmitir para a caixa de engrenagem o torque realizado e esta, através do multiplicador irá aumentar a velocidade de rotação que é exigida para o gerador, que consiste em um fio enrolado no núcleo de ferro dentro de um campo magnético e que por sua vez irá gerar a corrente elétrica, ou seja, a medida que houver rotação transmitida pelo eixo e adequada pelo multiplicador, haverá então variação do fluxo magnético gerando corrente alternada.
  15. 15. 14 5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS A energia eólica é caracterizada por não emitir gases poluentes, ou seja, causa pouco dano ambiental em relação as termoelétricas, além de possuírem instalações mais baratas se comparadas com a energia solar. Os parques eólicos são compatíveis com outras construções no terreno, pois suas turbinas ocupam pouco espaço horizontal, já que são localizados em alturas de 80 metros, logo pode- se aplicar outras atividades como a agricultura. Além destes, esta fonte concorre como uma das principais matrizes que irá diversificar o mundo, por sua larga escala de produção. Porém o maior problema enfrentado para este tipo de energia é a densidade do ar, que está diretamente relacionado com os aspectos geográficos, ou seja, algumas regiões não são capazes de promover altas velocidade dos ventos, tornando a instalação ineficiente. Para que isto não ocorra, são montados grupos de especialistas para analisar a qualidade dos ventos e verificar qual pode ser o aerogerador ideal, pois situações climáticas podem impedir a qualidade de produção dos equipamentos, fazendo com que seja insatisfatório para o comercio e a indústria.
  16. 16. 15 6 USINA NUCLEAR A energia nuclear é uma fonte de geração de energia elétrica com muitas vantagens na atualidade, especialmente no que se refere às questões relacionadas ao aquecimento global, apesar de possuir, também, desvantagens relevantes. Malefícios que vem fazendo com que essa forma de energia tenha várias unidades desativadas ao longo do mundo, já que é uma fonte que manipula materiais radioativos. No Brasil, a energia nuclear é uma fonte de geração com pouca expressão na matriz energética do país, existindo apenas duas usinas em operação e uma em construção. 6.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO A energia nuclear está intimamente relacionada com a estrutura da matéria: os átomos, formados pelas partículas elementares: elétrons, prótons e nêutrons, como ilustrado na Figura 5. Os elétrons possuem carga negativa, os prótons, carga positiva e os nêutrons não possuem carga. Figura 5 – Modelo Planetário do Átomo Fonte: CÉSAR, 2010. De acordo com o modelo planetário do átomo, os prótons e nêutrons estão fortemente unidos em uma região central do átomo denominada núcleo. Enquanto que os elétrons orbitam de forma eliptica em torno do núcleo. Experiências empíricas ao longo da história mostraram que cargas iguais se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.
  17. 17. 16 Como o núcleo do átomo é formado por mais de um próton, eles estabelecem uma força de repulsão mútua, que é contrabalanceada por outra força de natureza não elétrica e não gravitacional: a força nuclear (também chamada de energia nuclear), a qual impede que o núcleo do átomo se desintegre e faz com o mesmo concentre grande quantidade de energia. As usinas nucleares irão utilizar exatamente essa energia contida no núcleo de um átomo pesado, átomo que é formado por muitos prótons e nêutrons, para produzir energia elétrica. Essa última será obtida através do processo de fissão nuclear, no qual o núcleo do átomo é atingido por um nêutron, o que faz com que ele seja dividido em dois ou mais pedaços e libere energia, principalmente em forma de calor e radiação. Quando um núcleo de um átomo é quebrado, os nêutrons, que são liberados juntamente com o calor e a radiação, são utilizados para dividir o núcleo de outros átomos, formando uma reação em cadeia. Outro processo para a obtenção da energia proveniente do núcleo é o de fusão nuclear, que é muito mais complexo e por isso não é utilizado nas usinas. Os elementos químicos mais utilizados para esse processo são o Urânio, o Plutônio e o Tório, que apresentam características favoráveis para a produção de energia. No caso do metal Urânio, antes de ser realmente utilizado, ele passa por um processo de enriquecimento, porque a maior parte do Urânio presente na natureza é “pobre” em termos energéticos e por isso não serviria para o processo de produção de energia. O Urânio encontrado na naturaza com pouca energia é denominado de Urânio U-238. Apenas 1% de todo Urânio encontrado na natureza é “rico” energeticamente para poder ser utilizado nas usinas, é o chamado Urânio U-235. Dessa forma, o metal “pobre” é enriquecido para que apresente uma porcentagem de 2 a 3% de Urânio U-235 ampliada artificialmente, o que já é suficiente para a produção de energia. O processo de produção de energia a partir da fissão do núcleo do átomo de Urânio é subdividido em duas etapas ou circuitos mais um sistema de refrigeração, como representado na Figura 6.
  18. 18. 17 Figura 6 – Esquema de uma Usina Nuclear Fonte: ELETROBRAS, 2010. A fissão do núcleo do átomo de Urânio ocorre no reator durante o circuito primário. O lançamento de um nêutron no núcleo do átomo faz com que ele se desintegre liderando grande quantidade de energia em forma de calor e radiação. A água presente no reator é então, aquecida a temperaturas de até 320ºC sem ser evaporada. Isso ocorre porque o circuito primário está pressurizado a uma pressão cerca de 157 vezes maior do que a atmosférica. Essa água aquecida segue por meio de tubulações para um trocador de calor. No circuito secundário, a água presente no trocador, estrutura reprsentada pela cor azul na Figura 6 e localizada dentro do vaso de contenção, é aquecida pela água proveniente do reator, sem que elas entrem em contato, já que a água do circuito primário entrou em contato com a radiação. A água presente no trocador de calor é aquecida e vaporizada. O vapor formado, é utilizado para acionar um turbina, que converte o velocidade do jato de vapor, em energia mecânica rotacional. Em seguida, esse movimento rotacional da turbina é transferido para o gerador que irá converter esse movimento em energia elétrica. O vapor, depois de passar pela turbina, é resfriado pelo sistema de água de refrigeração, que geralmente utiliza água do mar, e volta para o trocador de calor, onde é novamente vaporizado, fechando o ciclo do circuito secundário. De forma similar a água aquecida a 320ºC do reator, após permutar calor com a água do trocador de calor, volta para o reator, para ser usada como água de refrigeração e ser novamente aquecida.
  19. 19. 18 A função do reator no processo é funcionar como uma central térmica, na qual o calor fornecido à água vem do urânio e não de um combustível fóssil como o carvão por exemplo. Isso é uma vantagem da energia nuclear, pois a fissão do Urânio libera muito mais energia do que a queima do carvão. Para se ter uma ideia, 10 g de Urânio liberam energia equivalente a queima de 1.200 kg de carvão ou 700 kg de óleo combustível. As vantagens e desvantagens da energia nuclear será o tópico a seguir. 6.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS As usinas nucleares são uma forma limpa de produção de energia que tem quase tudo para se tornar a energia do futuro, já que não necessitam de combustíveis fosseis e, portanto, não liberam dióxido de carbono e outros gases tóxicos que contribuem para a aceleração do processo de aquecimento global. O combustível das usinas nucleares é o urânio, que existe em reserva muito grande no planeta e não libera gases poluentes quando utilizado. A energia nuclear também não depende de fatores climáticos como a chuva, luz do sol e vento, para produzir energia tal como a energia eólica necessita dos ventos, a solar da luz do sol e a hidrelétrica, da chuva para encher os reservatórios. Além disso, uma usina de energia nuclear não necessita de uma área muito grande para construir suas instalações, o que acaba por se tornar uma vantagem muito grande em relação às hidrelétricas, por exemplo, em que é necessário intervir no curso de rios e utilizar uma área muito grande. Porém a desvantagem relevante dessa forma de energia é o alto custo e principalmente o lixo nuclear, que nem sempre tem um correto destino. Além disso, acidentes que podem ocorrerem na Usina, sejam por erros humanos ou provocados por catástrofes naturais como terremotos e tsunamis, acabam sempre por contaminar com radiação quilômetros de terras situados nas redondezas da usina, provocando como consequência a evacuação de cidades inteiras que estejam próximas a Usina e surgimento de doenças graves como o Câncer nas pessoas que entrarem em contato por muito tempo com a radiação.
  20. 20. 19 Então, mesmo com os poderosos sistemas de segurança presentes nas Usinas Nucleares, a possibilidade de ocorrem acidentes não pode ser ignorada. E quando acontecem, as consequências podem ser implacavelmente destrutíveis. Por esse motivo, muitos países têm desativado usinas nucleares e outros têm pensado bastante antes de implantar elas em seu território. Os Acidentes de Fukushima no Japão, Chernobyl na Ucrânia e Three Miles Islands nos Estados Unidos, são exemplos de catástrofes em Usinas nucleares, que terminaram com cidades sendo evacuadas rapidamente por causa da contaminação e servem como receio para as autoridades antes de se instalar Usinas Nucleares. No Brasil, onde apenas 2,70% da matriz energética provem da energia nuclear com as Usinas de Angra I e II no Rio de Janeiro, sendo que a terceira usina, Angra III, ainda está em construção, nunca ocorreram acidentes do tipo.
  21. 21. 20 7 USINA MAREMOTRIZ O fenômeno das marés, que é observado desde os tempos antigos, foi explicado pela primeira vez pelo físico Isaac Newton que utilizou a teoria da gravitação universal que explica “as forças só existem aos pares; se um corpo atrai outro é também atraído pelo outro”. No caso das marés quem exerce são o sol e a lua, todavia a lua por ser mais próxima da terra exerce maior influência. As marés ocorrem quando a Lua atinge determinada posição, atraindo a água do mar para cima. Quando isso acontece ocorrem duas correntes, uma vertical ascendente e uma corrente horizontal sendo que os sentidos das correntes se invertem no momento que a lua sai da posição de atração. Percebendo a energia contida no fenômeno das marés foi instalada em La Rançe na França em 1966 a primeira usina maremotriz, que era similar ao modelo atualmente utilizado, o esquema geral é ilustrado na Figura 7. O modelo utilizado era similar ao atual no qual é construída uma barragem com passagens para que a água do mar pudesse passar e no interior dessas passagens é instalada uma turbina que permita o fluxo unidirecional, no caso da usina de geração simples, ou bidirecional no caso da usina de geração dupla. Quando a maré sobe ou esvazia ocorre a fluência da água pela passagem movimentando a turbina, e esse movimento será transmitido a um gerador, transformando assim a energia dos mares em energia elétrica. Figura 7 - Esquema de funcionamento de uma usina maremotriz Fonte: APODI, 2014.
  22. 22. 21 Uma usina maremotriz pode ser instalada tanto na costa quanto em alto mar, contudo as usinas maremotrizes não devem ser fontes de dificuldades de navegação a qualquer tipo de embarcação e devem ser também fortes o suficiente para suportarem tempestades sem sofrer danos, porém diversos fatores são levados em consideração na hora de se construir uma usina maremotriz, dentre eles a amplitude das marés e esse é um fator limitante para a instalação das usinas, pois a produção de energia já se limita aos momentos nos quais ocorrem mudanças nas marés e essa limitação se acentua ainda mais se essa usina for instalada num lugar onde há pouca amplitude entre as marés alta e baixa, e poucos lugares no mundo possuem tal amplitude entre as marés que proporcionem uma geração de energia eficiente, sendo a maioria desses lugares localizados na Europa. No Brasil atualmente existe uma usina maremotriz em porto do Pecém, Ceará e projetos de implantar uma usina maremotriz na barragem do Bacanga, no Maranhão, pois lá é onde ocorrem as maiores variações entre as marés do país. Usinas maremotrizes também podem ser instaladas em usinas hidrelétricas, sendo uma boa alternativa para aumentar a geração de energia, pois há o movimento de massas d’água que podem movimentar uma turbina para aumentar a produção de uma usina hidrelétrica.
  23. 23. 22 8 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA: POR QUE DIVERSIFICÁ-LA? Na matriz de geração de energia elétrica brasileira, representada na Figura 8, fica evidente a grande concentração de um único tipo de fonte energética: 76,9% da matriz elétrica do país pertencem às hidroelétricas. Em seguida, com 7,9%, estão as termoelétricas que utilizam combustíveis fósseis, como gás natural, carvão e óleo combustível e por fim, 2,7% e 0,9% correspondem à energia nuclear e eólica respectivamente. A dependência de um único tipo de energia não é algo exclusivo do Brasil. Em países como a França, por exemplo, a dependência de um único tipo de energia se mostra bastante acentuada: aproximadamente 80% da matriz elétrica francesa provem da energia nuclear. Figura 8 – Matriz energética Brasileira (a) (b) Fonte: EPE, 2013. A dependência de um único tipo de energia não algo bom para um país, principalmente quando se fala em longo prazo. No caso do Brasil, a dependência das hidrelétricas tem se mostrado um sério problema nos últimos anos e principalmente nos últimos meses de 2014, apesar de ter diminuido sua porcentagem na matriz, do ano de 2011 para 2012. Em contrapartida a porcentagem da energia proviniente dos derivados do petróleo e gás natural aumentaram, como ilustrado na Figura 8. Isso se deve aos problemas de seca que o país tem enfrentado nos últimos anos. Com a falta de chuvas ou a irregularidade das mesmas, os reservatórios vêm atingindo níveis cada vez mais baixos, o que impossibilita a geração de energia. Diante disso o governo se vê obrigado a colocar em operação as usinas termoelétricas, que são mais caras e poluem mais, como uma forma de resolver o problema temporariamente. Esse é um problema que pode se tornar cada vez mais
  24. 24. 23 frequente se o país não diversificar a matriz energética. No caso das hidrelétricas, o problema ocorre por causa da escassez da água, e nas outras fontes de energia, isso também pode ocorrer. Em algumas décadas os combustíveis fósseis se tornaram cada vez mais escassos e as termoelétricas entraram em declínio. Da forma similar, isso também pode acontecer com todas as fontes energéticas temporáriamente ou permanentemente. A forma mais eficiente para resolver esse problema está justamente na diversificação da matriz energética. Além disso, a predominância de uma única forma de matriz acentua consideravelmente as desvantagens daquela matriz. Voltando ao exemplo da França, por exemplo, onde há muitas usinas nucleares, os riscos de acidentes nucleares, sejam por causa de erro humano, erro do computador, ou acidentes naturais, se tornam muito maiores. Uma alternativa eficaz para o Brasil é aumentar os investimentos na energia eólica. Essa fonte de energia apresenta o preço de megawatt-hora muito próximo ao da hidroelétrica e abaixo do preço das termelétricas. O país apresenta um potencial de geração de energia eólica muito grande e muito pouco é utilizado atualmente. A efeito de comparação, a usina de Itaipu, por exemplo, gera 14 mil megawatts, enquanto, que o potencial de geração de eneria eólica não istalado no Brasil é de cerca de 140 mil megawatt, de acordo com Jorge Villar Alé, coordenador do Centro de Energia Eólica da PUC-SP. O potêncial de energia eólica instalado é de apenas 550 megawatt, o que é muito inferior ao que pode ser instalado no país. A energia solar, apesar da localização e clima do Brasil, não é uma boa alternativa de investimento, principalmente por causa do seu alto custo, que chega a ter seu megawatt oito vezes mais caro do que o magawatt das hidrelétricas. Além disso, a energia solar não deve ser utlizada como fonte base da matriz energética de qualquer país, porque não é uma energia constante, já que durante a noite não há produção. A energia solar deve apenas funcionar como complementar a matriz energética. Dessa forma, o ideal é que os países diversifiquem suas matrizes energéticas para que não terminem em uma crise de energia, devido a escassez da matéria prima que alimenta sua principal fonte de energia. Formas de energia, como a eólica e solar, são menos utilizadas atualmente, mas têm tudo para se tornarem grandes matrizes energéticas nos próximos anos.
  25. 25. 24 9 MATRIZ ENERGÉTICA: COMPARAÇÃO ENTRE FONTES DE ENERGIA A diversidade da matriz energética em um país, em contexto contemporâneo, mostra-se fundamental para o desenvolvimento do mesmo. Todavia, a diversificação sem a análise cabível acerca das riquesas naturais de cada nação, analisando os prós e contras de cada fonte energética mostra-se como uma ação perigosa. Tendo em vista esses fatores efetuar-se-á uma análise comparativa a sobre as principais característias de alguns métodos de geração de energia elétrica apresentados nesse trabalho. Salienta-se que devido à limitações na revisão em literatura, não foi possível obter os dados acerca de todas as fontes estudadas. De modo que nesse estudo será realizada a comparação entre a energia nuclear, termelétrica (que foi construída a partir dos dados dos combustíveis petróleo, carvão e gás natural), hidrelétrica e eólica, que, de acordo com Cesarreti (2010), são os mais presentes no Brasil. A primeira comparação diz respeito ao número de elos de cada um dos processos de geração de energia elétrica. Salienta-se que elos, por definição, consiste no grau de complexidade para a obtenção da energia requisita, inclui, dentre outros aspectos, problemas ambientais, complexidade de operação, consumo energético, transporte, etc. A Tabela 1 apresenta o número de elos de algumas fontes energéticas. Tabela 1 – Número total de elos de alguns tipos de usinas de energia elétrica Cadeia Energética Elétrica Nº de Elos Nuclear 17 Termelétrica 8-10 Hidrelétrica 5 Eólica 3 Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010. A Tabela 2 apresenta os principais impactos causados por cada uma das quatro fonte energéticas estudadas. O quadro relaciona impactos ambientais e sócio ambientais das usinas nuclear, termelétrica, eólica e hidrelétrica.
  26. 26. 25 Tabela 2 – Quadro comparativo dos principais impactos gerados pelas diversas usinas Tipo de Usina Impactos socioambientais Nuclear • Resíduos de nível baixo e médio de radioatividade; • Resíduos de nível alto de radioatividade que requerem disposição por 10.000 anos; • Desativação das instalações nucleares após término da vida útil; Termelétrica • Poluição do ar; - Emissão de monóxido de carbono (CO); - Emissão de matéria particulada suspensa (metais pesados); - Destruição da camada de ozônio; • Aquecimento global via efeito estufa; - Emissão de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4); • Chuva ácida; - Emissão de SO2 formando ácido sulfúrico na atmosfera - Emissão de NOx formando ácido nítrico na atmosfera • Perturbação acústica na fauna (marinha ou terrestre) pela exploração sísmica • Alteração da qualidade do solo e da água • Modificação dos padrões de uso e ocupação do solo • Remanejamento involuntário de comunidades locais para construção de dutos • Geração de apreensão na população local pela possibilidade de acidentes Hidrelétrica • Formação de grandes represas • Realocação das populações • Aquecimento global via efeito estufa - Emissão de gás metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) Eólica • Ruído causado pelos aerogeradores • Colisão de pássaros • Impacto visual • Certa limitação do uso do espaço ocupado Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010. Analisando a Tabela 2 é possível constatar que dentre os tipos de usina a que possui o maior número de impactos é a termelétrica, que gera danos ao ar, a camada de ozônio, aumento do aquecimento global, dentre outras consequências. Enquanto a usina com maior impacto à longo prazo é a nuclear, pois necessita de tratamento e armazenamento por mais de 10 mil anos. Alterações em âmbito social e local são principalmente acarretadas pelas usinas eólicas e hidrelétricas. Um dos principais impactos gerados por essas usinas, em geral, diz respeito a emissão de CO2, a Tabela 3 relaciona a emissão desse gás poluente na natureza. Tabela 3 – Coeficiente de intensidade de emissões totais de CO2 por fonte de energia elétrica Usina de energia Coeficiente de emissão de CO2 (kg/MWh) Nuclear 58,2 Termelétrica 661,7 - 1.019,5 Hidrelétrica 120,6 Eólica 37,6 Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010.
  27. 27. 26 10 CONSIDERAÇÕES FINAIS A geração de energia é, portanto um sinônimo de desenvolvimento econômico, pois quanto mais esta for gerada há maiores disponibilidades do uso de equipamentos que necessitam deste para funcionarem. Logo, a maneira de criar diversas formas para a geração de eletricidade é um dos principais objetivos do país. Entretanto, a principal fonte utilizada era através dos combustíveis fosseis com as termoelétricas, porém com a crise da mesma houve investimento na pesquisa de novas formas menos poluentes de geração de energia surgindo assim às energias eólica, nuclear, solar, hidráulica, maremotriz entre outras. Sendo que estas devem se adequar a situação geográfica de cada país, logo nem todas podem apresentar eficiência esperada se não estiverem de inseridas num meio que não propicie uma grande eficácia, um exemplo claro é a eólica, que deve haver grandes massas gasosas em movimento para ter eficácia desejada, assim o mesmo se aplica as outras. Em contrapartida o Brasil, apresenta a possibilidade de se aplicar quase todas as fontes renováveis, por sua riqueza e variabilidade de climas de um território para o outro. A fonte energética principal do Brasil são as hidrelétricas tendo Itaipu como a maior geradora de energia hidráulica do mundo. Porém a medida que determinado país se torna dependente de apenas uma fonte energética maior ficam as possibilidades dessa fonte energética se esgotar tal fonte e tal esgotamento pode trazer uma quebra econômica, tal a que atualmente acontece no estado de São Paulo, sendo assim torna-se necessário que se utilize das possíveis novas fontes energéticas como já ocorrem em diversos países Inglaterra, França e outros desenvolvidos que cada mais se aproveita das façanhas da natureza para criar a eletricidade seja através do calor, água, ventos, a energia dos átomos ou até mesmo as forças dos mares.
  28. 28. 27 REFERÊNCIAS AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Diretoria-geral: Kelman, Jerson. Atlas da Energia Elétrica do Brasil. 3ª ed. Brasília, 2008. BENUZZI, J. História da Energia Nuclear. Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/historia.pdf>. Acesso em: 25 mai. 2014. CESARETTI, M. A. Análise comparativa entre fontes de geração elétrica segundo critérios socioambientais e econômicos. Santo André, São Paulo: Universidade Federal do ABC, 2010. Dissertação de mestrado. Disponível em: <http://goo.gl/MH9B4k>. Acesso em: 01 jun. 2014. ELETROBRAS. Energia nuclear. Disponível em: <http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/Espa%C3%A7odoConhecimento/Pesqui saescolar/EnergiaNuclear.aspx>. Acesso em: 25 mai. 2014. ELETROBRAS. Fontes Alternativas de Energia. Disponível em: <http://www.eletrobras.com>. Acesso em: 26 mai. 2014. ENERGIA nuclear. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/geografia/energia- nuclear.htm>. Acesso em: 25 mai. 2014. ENERGIA nuclear. Disponível em: <http://www.suapesquisa.com/cienciastecnologia/energia_nuclear.htm>. Acesso em: Acesso em: 25 mai. 2014. FILHO, Wilson Pereira Barbosa. Impactos Ambientais em Usinas Eólicas. Itajubá: AGRENDER GD, 2013. LUZARDO, A. M. D. A.; GAVA, C.; SCHERER, G. S.; SILVA, L. J. H. Usinas solares. Disponível em: <http://goo.gl/XWyrMV>. Acesso em: 28 mai. 2014. MORELLI, Francis de S. Panorama da Energia Eólica do Brasil. Universidade de São Paulo. São Carlos, SP, 2012 MOURA, E. Energia Nuclear. Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf>. Acesso em: 25 mai. 2014.
  29. 29. 28 NASCIMENTO, C. A. Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica. Lavras, Minas Gerais: Universidade Federal de Lavras, 2004. Monografia de pós-graduação. Disponível em: <http://www.solenerg.com.br/files/monografia_cassio.pdf>. Acesso em: 29 mai. 2014. O QUE é o Urânio enriquecido? Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-o-uranio-enriquecido>. Acesso em: 25 mai. 2014. POMILIO, J.A. Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Disponível em: < http://www.dsce.fee.unicamp.br/>. Acesso em: 01 jun. 2014 RAMALHO, J. et al. Os fundamentos da Física 3: Eletricidade, Introdução a física moderna, Análise Dimensional. Vol. 3. 9ª Edição. São Paulo: Editora Moderna, 2007. SACHS, A. Brasil precisa diversificar sua matriz energética, apontam especialistas. Disponível em: <http://noticias.uol.com.br/cotidiano/2009/11/14/ult5772u6144.jhtm>. Acesso em: 31 mai. 2014. SANTANA, Edvaldo A; Org. Atlas da Energia Elétrica do Brasil. Brasília, 2008. USINA Hidrelétrica. Disponível em: <http://www.bv.sp.gov.br>. Acesso em: 27 mai. 2014. WELLE, Deutsche. Para evitar crise, Brasil precisa diversificar sua matriz energética. Disponível em: <http://www.cartacapital.com.br/economia/para-evitar- crise-brasil-precisa-diversificar-matriz-energetica-3395.html>. Acesso em: 31 mai. 2014.

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