Apresentação fontes alternativas de energia tecnologias e processos

1 Engo. Zacarias Linhares Junior
engenheirozacarias1@hotmail.com
II Simpósio de
Engenharia do Piauí
I N S T I T U T O
C A M I L O F I L H O
“Novas tecnologias
aplicadas à
Engenharia Civil.”

2
FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
Tecnologias e Processos
Novembro - 2013
Teresina – PI.
Engo. Zacarias Linhares Junior

ESTRATEGIA DE DESENVOLVIMENTO

Inesgotável
fonte de
energia

Fontes
alternativas
ou fontes
renováveis

P
R
I
M
Á
R
I
A
s
S
E
C
U
N
D
Á
R
I
A
S

Energia Geotérmica

Energia Geotérmica
Não poluente; pouca
demanda de espaço,
reduzido impacto ambiental.
Só disponível em regiões
vulcânicas.
(Ex.: Açores – Portugal)

Energia Geotérmica
(centrais compactas)
Rocha quente
(650oC a 1200oC)
5km
Energia limpa Disponível 24h/365dias
Recurso vasto
Furo de produção
Furo de reconhecimento
0
Central
geotérmica
Independência
energética
Pressão elevada
Furo
de
Injeção

Energia Gravitacional/Solar Oceânica

Energia Gravitacional/Solar Oceânica
(Anacondas ou Pelamis)
O movimento nas
articulações
aciona geradores
de energia.
Cabos submarinos
conduzem a
energia à Terra.
1 km² de oceano
→ 24MW
(20.000 habitações)

Energia Gravitacional Oceânica
(Anaconda ou Pelamis)
É uma energia renovável;
Não polui;
Independentes das condições da costa.
Vantagens
(Solar)

- A 5km da costa
de Portugal.
Instalação
1o parque comercial → energia "limpa"
(capaz de atender 350 mil casas).
(Solar)

- Potência reduzida;
- Requer ondas amplas.
- Impossibilita a navegação.
- Longevidade limitada dos materiais.
Desvantagens
(Solar)

Energia Gravitacional/solar Oceânica
Perpendiculares
ao sentido das
ondas
Anacondas = Atenuadores

Há um protótipo de borracha em teste
(Universidade de Southampton, Inglaterra)
(Solar)

(Conversor oscilante)
Movimenta-se para frente e para trás
bombeando a água a ser pressurizada.
(Fig: Oyster 800 → Power Aquamarine → Edimburgo).
P = 800 kW
Dimensões:
comprimento = 26 m; h = 12 m.
(Solar)

(Colunas oscilantes =
OWCs: Oscillating Water Columns)
A oscilação comprime depósitos de ar,
que acionam uma turbina para produzir
eletricidade.
Tem uma cavidade aberta ao mar
abaixo da linha d'água.
Voith Hydro Wavegen - OWC de 300 kW
em Mutriku, na Espanha.
(Solar)

(Por queda)
Coleta de energia das ondas pela queda da
água.
Produção de 12 MW
(reservatório > de 100m de diâmetro).
Empresa Wave Dragon (Dinamarca)
(Solar)

(Ondomotriz)
FORTALEZA PORTUGAL
Póvoa de
Varzim
Pecém.

(Ondomotriz)
Protótipo de 5,5kW→ Wave Star
20 flutuadores hemisféricos
(24m de comprimento)
Nissum Bredning (Dinamarca)

(Ondomotriz)
- Alto potencial energético.
- Variedade de sistemas.
- Flexibilidade a diferentes ambientes.
Vantagens
(Solar)

(Ondomotriz)
- Alto custo
de produção.
Desvantagem

(Ondomotriz)
Está no fundo do
mar, a 900 m da
costa
(Portugal).
Waveroller (de origem finlandesa)
Dimensões:
C = 43 m;
L = 18m;
H = 12m.
Pás gigantes
oscilam com as
ondas que lhe
passam por
cima.
600 toneladas
€ 6,5 milhões

(Turbinas submersas)
Utiliza a força das
correntes submarinas
Maior turbina do
mundo = 1MW =
1000casas
(Ilhas Orkeney → Escócia)
Hélices de 18 m de diâmetro
130 toneladas
De 6 a 8 RPM

Escócia → usina para
produção
de energia
no fundo
do mar
Empresa Scottish Power Renewables
Ilha de Islay
10 turbinas = 10MW
5 mil residências

(Bóias submersas)
Gera energia e
dessaliniza água do
mar
Tecnologia em
desenvolvimento pela
Carnegie Wave
Energy Limited
Austrália
As boias oscilam com
as ondas e suas
bombas pressurizam a
água.

(Boias flutuantes = PowerBuoy)
Ponto
observador
(Grã
Bretanha)
A
oscilação
bombeia a
água para
os cilindros.
Cilindros de
pressurização
(h = 41m d = 11m)
(Solar)

(Rio de Janeiro = Copacabana)
Conversor Offshore
14 km da praia de Copacabana (Ilha Rasa)
P = 100 kW (200 residências).
Parceria Furnas e a Seahorse Wave Energy
Previsão de conclusão: 2015
(turbinas a 20m de profundidade)
(Solar)

(França → La Rance)
Sistema
de
barragem
(Solar)

(França → La Rance)
24 turbinas de
10 MW (cada)
750m de extensão e 13m de altura

Energia
Gravitacional Eólica

Energia Gravitacional Eólica
(Usina eólica – Pedra do Sal)
 18MW
 Torres de 75m
 20 aerogeradores
(Solar)

Energia Gravitacional /solar Eólica
(Vantagens)
 Fonte renovável;
 Não poluente;
 Custo em declínio.
Parque Eólico Modelo - 1,2 MW - Mucuripe, Fortaleza

Energia Gravitacional/solar Eólica
(Desvantagens)
 Poluição sonora;
 Poluição visual;
 Inferem na migração de pássaros.
Compenhague - Dinamarca

Energia Gravitacional / solar Eólica
(Ceará)
250 torres;
14 Parques;
Produção de 500 MW.
Atendimento a 2,5
milhões de
pessoas.

Energia Gravitacional / solar Eólica
(Ceará)
Pinst. = 16,5MW
8 aerogeradores;
57,6 GWh/ano.
Parque Eólico Taíba – Pecém

Nacele

Energia eólica residencial
Arquitetura e
sustentabilidade

Energia eólica
residencial
 2,5kW;
 800kWh/mês;
 Uso: 20 anos;
 R$ 31.572,00
Sem
manutenção
Monitoramento
Wi-Fi

Energia eólica
Predial
Bahrain
World Trade
Center

Energia eólica
Predial
3 x turbinas de
225kW = 675kW
(1,3 GWh/ano)
Diâmetro = 29m
Atenderiam a 300 casas populares

Energia eólica
Predial
3 turbinas
Total = 50MWh/ano
(8% de seu consumo)
Strata Building (Londres)

Energia eólica no estádio Castelão
2 Aerogeradores
(2MW – cada)

Energia Gravitacional/solar Hidráulica
A água deve ter
força suficiente
para girar as
turbinas.

 Recurso natural renovável;
 Água a custo zero;
 Energia de baixo custo;
 Longevidade.
Vantagens
Relativamente
não
Poluidora.

Processo

 Altera a paisagem;
 Causa impactos
ambientais.
Desvantagens

Turbinas

 20 turbinas de 700MW;
 3 vertedouros;
 Geração > 92TWh/ano;
 Lago: 1.350km²;
 P = 14GW.
100% da energia do
Paraguai
19% da energia do
Brasil
3 Gargantas
= 79,4TWh/ano
Paredão
de 196m

Dutos para as
turbinas

Boa Esperança
 Rio Parnaíba;
 Guadalupe;
 Barragem: 53m;

 P inst = 237,3MW;
 2 UG de 55GW;
 2 UG de 63,65GW;
 3 trafos de 70MVA e 1 de 60MVA.
Boa Esperança
Unidade GeradoraUnidade Geradora13,8kV/230kV.

Três Gargantas

Energia Solar Biomassa
(Processos de transformação em energia)
Pirólise;
Gasificação;
Combustão;
Co – combustão:
Exposição a T (oC)
extremas, na
ausência de O2.
Acelera a
decomposição.
Produz gases,
óleos e carvão
vegetais.

Pirólise;
Gasificação;
Combustão;
Co – combustão:
extremas, na
ausência de O2.
Exige T (oC) < do
que a Pirólise.
Produção
exclusiva de gás.

Pirólise;
Gasificação;
Combustão;
Co – combustão.
extremas, na
presença de O2.
Produção de
vapor a elevada
pressão.

Pirólise;
Gasificação;
Combustão;
Co – combustão.
Biomassa nas
termoelétricas.
(substitui o carvão
mineral)

(Vantagens)
Baixo custo de aquisição;
Não emite dióxido de enxofre;
Cinzas menos agressivas ao meio;
Menor corrosão dos equipamentos;

(Vantagens)
Menor risco ambiental;
Recurso renovável;
Não contribue para o efeito estufa.

(Desvantagens)
Menor poder calorífico;
Geração material particulado para o ar;
Maior custo de caldeira e equipamentos;

(Desvantagens)
 Dificuldades no
estoque e
armazenamento.
Palha do arroz
para a obtenção
de energia.

Energia Solar
Biomassa
(Caldeira)
Caldeira
Gerador
CondensadorÁgua
Fornalha
Turbina
Vapor

Energia
Solar
Biomassa
(Biodigestor)
1. Excrementos
animais e restos de
alimentos
misturados com
água no
alimentador
2. No biodigestor, as bactérias
processam o lixo
transformando-o em gás
metano e adubo
3. O metano
alimentar um
gerador
4. Sobra
fertilizante

Bexigão (Biodigestor anaeróbio)
EMBRAPA, Centro Estadual de Educação
Tecnológica Paula Souza, Firestone Building
Products Latin America e Ecosys
Saneamento
básico,
Produção de
bioenergia
e
Biofertilizante.
Cabrália Paulista (SP)
C = 50m;
L = 4m;
V = 250m³;
Geomembrana
de borracha.
Produção diária
Biogás: 13m³
Fertilizantes: 6m³
Tratamento de
resíduos
orgânicos

2020
biomassa =
20% da
matriz
energética
brasileira
Energia da biomassa

Geração de
energia
elétrica
Potencial autorizado: 1.376,51MW

Bagaço de cana-de-açúcar (1.198,2 MW).
Geração de
energia
elétrica
 Resíduos de madeira (41,2 MW);
 Biogás ou gás de aterro (20 MW);
 Licor negro (117,1 MW).
Restante

Geração de
energia
elétrica
Projeções da Agência Internacional de Energia
para a biomassa na geração mundial de
eletricidade: 27 TWh em 2020
Em 95:
10TWh

Energia
Nuclear
Gerador
Trocador
de calor
Condensador
Turbina
Gerador
de vapor
Varetas de
Urânio
Circuito
primário de
água
Reator

Central Nuclear
Almirante Álvaro
Alberto (CNAAA)
Eletrobras
Termonuclear -
Eletronuclear
Angras I e II
2.007 GW

50% da energia
consumida no Rio de
Janeiro
Passará a 80%
quando Angra III for
ativada.
Angras III
1.405 MW

Angra III
(canteiro
de obras)
10 milhões de MWh / ano

ENERGIA NUCLEAR - Vantagens:
 Não contribui para o efeito estufa;
 Não polui o ar;
Com gases de
enxofre, nitrogénio,
particulados, etc.

ENERGIA NUCLEAR - Vantagens:
 Não utiliza grandes áreas de terreno;
 Não depende da sazonalidade climática
(nem das chuvas,
nem dos ventos);

 Pouco impacto sobre a biosfera;
 Grande disponibilidade de combustível;
 É a fonte mais
concentrada
de geração de energia;

 Baixa geração de resíduos radioativos;
 Tecnologia do processo bem desenvolvida;
 Baixo risco de transporte
do combustível;
 Não necessita
de baterias.
Significativamente
menor quando
comparado ao do gás
e do óleo.

ENERGIA NUCLEAR - Desvantagens:
 Necessidade de armazenar o resíduo
nuclear em locais isolados
e protegidos;

 Necessidade de isolar a central após o seu
encerramento;
 Relativamente cara;
 Resíduos radiativos
com decaimento secular;

 Dificuldades no armazenamento dos
resíduos;
 Pode interferir
com ecossistemas;
 Risco de acidente na central nuclear.

 Construção rápida;
 Próximas aos centros consumidores;
 Baixo custo de instalação;
 Sem perdas de transporte;
Van
TERMELÉTRICA - Vantagens:

VanTERMELÉTRICA - Vantagens:
 Alternativa nas
contingências
de geração.

Van
TERMELÉTRICA - Desvantagens:
Contribui para o Efeito Estufa;
Alto custo de produção;
 Alto consumo
de água.
Óleo
diesel.

Van

Sistemas fotovoltaicos
(Fontes renováveis)
Tecnologia composta por uma
placa solar formada por
células fotovoltaicas
de silício.

Há conversão de luz
diretamente
em eletricidade.

A conversão
não provoca
desgaste
de material.
Baixo custo de
manutenção;
Durabilidade
ilimitada.
Austrália

Sistemas
fotovoltaicos

Freibourg
(Alemanha)
Freibourg
(Alemanha)

Energia
termossolar

1ª usina
termossolar
2.400MW
Sanlúcar la Mayor
(Sevilha)

Processo

Torre solar
(h = 1km)
200MW
Sunraysia (Austrália)

Processo
32 turbinas
Até
50km/h

Higroeletricidade

Higroeletricidade
 Coleta da
energia contida
em gotículas
de água em
suspensão na atmosfera.
Fernando Galembeck - Unicamp
(25/08/2010) Reunião da American Chemical
Society (ACS) – Boston - USA.

 Combustível composto principalmente de metano (CH4).
Aterro
Estação de
compressão e
queimador
Gerador
Transformador
Transporte
Selo de águaLixo
orgânico

Processo

Queimador de
biogás para
aterro sanitário
- série UF10
Até 6.000m³/h
(~ 8.400kWh)

Usina Verde
UFRJ
Processa 30T/dia de lixo;
Atualmente produz 700kW;
(2.300 residências)
Meta: 2MW;
90% do peso de lixo é
transformado em energia.

Aterro
sanitário
Bandeirantes
– S.P
Usina Termelétrica Bandeirantes
É a maior do mundo.
(Capacidade=175 mil MW/ano)
A energia do lixo

Usina privada
em Duque de
Caxias RJ
Aterro de Gramacho
311MWh
(5,6 milhões de
casas)
Ao lado da Via Dutra

Tinta que gera energia elétrica
Universidade de Notre Dame - USACapta a energia solarCasa = painel solar.

Tinta solar
Pode ser
pulverizada em
tetos, paredes ou
janelas para
produção de
energia solar.
Fabricantes
prometem
lançamento
para breve.

Telhas fotovoltaicas

Integração com a construção;
Eficiente;
Esteticamente
compatível.
As telhas = pequenos
painéis solares

Telha solar fotovoltaica

Célula solar Austrália
Uma impressora
imprime células
solares no
tamanho A3.

Célula solar – Inventores da impressora
Victorian Organic
Solar Cell
Consortium
CSIRO;
Universidade de Melbourne.

Célula solar – Impressora
Transforma plástico e
metal em painéis
solares flexíveis

Energia elétrica
a partir do esgoto

Energia elétrica a partir do esgoto
 Cientistas americanos
produzem energia
limpa a
partir de águas sujas.
Consiste
em utilizar micróbios
para obter
eletricidade.

Água da privada gera energia elétrica
 Ideia do engenheiro
Ambiental
Bruce Logan.

Os micróbios produzem
energia a partir dos
compostos orgânicos.

Usina nuclear flutuante - Rússia
 Poderá haver
uma frota de
usinas nucleares
Flutuantes. Academician Lomonosov

Primeiro edifício mantido com algas
 Fachada
bioreativa.
(segunda “pele”
nas faces
expostas ao sol).
Hamburgo
A alga vira
biomassa a ser
queimada para
mover turbina.

Piezoeletricidade
Energia do movimento

Piezoeletricidade
Placas de cristais
piezoelétricos
embutidas no
asfalto
Pela pressão e
relaxamento

Piezoeletricidade
Alternativa de energia
limpa e
ambientalmente correta.
Disco cristal cerâmico
piezoelétrico

Cidade de
Haifa,
norte de
Israel
Uma faixa
de 1km
produz
0,5MWh
(600 casas)

Tapete
que gera
energia
Cada pisada produz
7 watts
Britânico

Lama do porto para
gerar energia
Rio Grande – Rio Grande do Sul

Lama do porto para gerar energia
 Fundação Universidade Rio Grande.
A lama dragada do porto é transferida para reatores
para produção de energia.
A decomposição do material orgânico da lama
produz elétrons que carregam baterias.
580MW

Lama do porto para gerar energia
 Altas concentrações de bactérias.
Alimentam-se de restos de
peixes, algas e vegetais.
Micróbio
elétrico

Ondas
eletromagnéticas do
ambiente

Ondas eletromagnéticas do ambiente
 Captadas por antenas
Impressas em papel.
Transformadas em energia
elétrica.
Antena de Dr. Manos Tentzeris,
da Universidade da Geórgia, USA
Tinta
condutora

Colheita de energia
 Extração de energia do ambiente.
Energia disponível na forma
de luz, vibrações, calor,
ondas de rádio e WiFi.
Por antenas
impressas

Recarregue o celular ao
respirar

Nano gerador gera
eletricidade a partir da
respiração

Universidade Winsconsin-
Madison, USA
Dispositivo converte o fluxo de ar da
respiração humana em energia elétrica.
Xudong Wang

Pesquisadores japoneses
Roupa capaz de gerar energia
Tecido capaz de transformar
a luz do Sol em energia elétrica.

Mesa de musgo
Energia elétrica
a partir da
Fotossíntese.
Universidade de Cambridge
(Reino Unido)

Mesa de musgo
Mesa
biofotovoltaica
As bactérias quebram os bioprodutos da fotossíntese e
liberam elétrons para as micro baterias.
Pontos para
conexão.

Célula a combustível
Transdutor
eletroquímico.
Converte energia
química em
energia elétrica
Ao combinar um
átomo de O a 2
átomos de H
produzindo água
2

Chip com
micromáquina
coleta energia do
ambiente
Transforma em
eletricidade a
vibração do
ambiente
Universidade de Furtwangen - Alemanha

Carregadores
indutivos para
celulares
Criam um campo
magnético e
convertem em
eletricidade.

Presos em MG
pedalam para
produzir energia
elétrica e reduzir
suas penas.
Cada 16h de
pedalada = 1 dia
de pena a menos
A transformação
se faz por uma
polia ligada a um
alternador.
(carrega baterias)
P = 150W/bicicleta = 1 TV LED 42” = 40 celulares

“ambient backscatter”
Conversão de
sinais de TV e
de WiFi em
eletricidade.
Universidade de
Washington - USA

Melhor solução.

O assunto não se esgota aqui!

Obrigado!

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