Manual Energias

Técnico de manutenção Industrial – Eletromecânica
Tecnologia e Processos
Módulo 8
Energias
(20 horas)
Fonte: http://www.portal-energia.com/fontes-de-energia/
Alexandra Nobre Abril 2017

Escola Tecnológica do Litoral Alentejano – Manutenção Industrial – Tecnologia e Processos
Módulo 8 - Energias
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Índice
1. Fontes de energia...............................................................................................................................................3
2. Energias Não Renováveis..................................................................................................................................6
2.1. Generalidades.....................................................................................................................................................6
2.2. Petróleo ...............................................................................................................................................................6
2.2.1. Origem ......................................................................................................................................6
2.2.2. Extração ....................................................................................................................................8
2.2.3. Refinação ................................................................................................................................11
2.2.4. Aplicações ...............................................................................................................................12
2.2.5. Impacto ambiental..................................................................................................................12
2.3. Carvão mineral..................................................................................................................................................13
2.3.1. Origem ....................................................................................................................................13
2.3.2. Extração ..................................................................................................................................14
2.3.3. Aplicação na produção de energia..........................................................................................16
2.4. Gás natural........................................................................................................................................................18
2.4.1. Origem ....................................................................................................................................18
2.4.2. Transporte...............................................................................................................................18
2.4.3. Aplicações ...............................................................................................................................19
2.5. Urânio e Plutónio..............................................................................................................................................20
2.5.1. Origem ....................................................................................................................................20
2.5.2. Produção de energia elétrica..................................................................................................21
3. Energias Renováveis .......................................................................................................................................23
3.1. Generalidades...................................................................................................................................................23
3.2. Energia Hídrica .................................................................................................................................................23
3.2.1. Classificação e Aplicações .......................................................................................................24
3.2.2. Turbinas hidráulicas................................................................................................................25
3.2.3. Vantagens e desvantagens .....................................................................................................26
3.3. Energia Solar ....................................................................................................................................................27
3.3.1. Coletores solares térmicos......................................................................................................28
3.3.2. Fornos solares.........................................................................................................................29
3.3.3. Painéis fotovoltaicos (fotopilhas)............................................................................................30
3.3.4. Paredes de Trombe.................................................................................................................31
3.4. Energia Eólica...................................................................................................................................................33
3.4.1. Turbinas eólicas................................................................................................................34
3.4.2. Vantagens e desvantagens...............................................................................................37
3.5. Biomassa...........................................................................................................................................................38
3.6. Geotermia..........................................................................................................................................................41
3.7. Energia dos Oceanos.......................................................................................................................................44
3.7.1. Marés ......................................................................................................................................44
3.7.2. Ondas......................................................................................................................................45

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1. Fontes de energia
Fontes de energia são as diferentes formas de recursos que direta ou indiretamente
produzem energia para movimentar a indústria, o comércio, os transportes, a
agricultura, a saúde etc. As jazidas minerais, as bacias petrolíferas, os rios, o vento, as
florestas, são alguns exemplos desses recursos energéticos.
Figura 1. Fontes de energia (Fonte: edp.pt)
Dependendo do recurso utilizado, as energias podem classificar-se em:
Renováveis e,
Não renováveis.
Atualmente, a procura de energia assenta ainda nas fontes de energia não renováveis,
as quais têm tecnologia difundida, mas possuem um elevado impacto ambiental.
Importa continuar a inverter esta tendência, tornando o seu consumo mais eficiente e
substituindo-o gradualmente por energias renováveis limpas.
Na figura 2 encontram-se exemplos de fontes de energia não renováveis.

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Figura 2. Fontes de energia não renováveis (Fonte: edp.pt)
As fontes de energia renováveis são fontes inesgotáveis ou que podem ser repostas a
curto ou médio prazo, espontaneamente ou por intervenção humana.
Estas fontes encontram-se já em difusão em todo o mundo e a sua importância tem
vindo a aumentar ao longo dos anos representando uma parte considerável da
produção de energia mundial. São exemplos de fontes de energia renováveis as
constantes da figura 3.
Figura 3. Fontes de energia renováveis (Fonte: edp.pt)

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Antes de chegar à sua forma final de utilização estes recursos passam por um processo
de transformação, durante o qual uma parte é desperdiçada e a outra, que chega ao
consumidor, nem sempre é devidamente aproveitada.
Figura 4. Transformação dos recursos em energia (Fonte: edp.pt)

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2. Energias Não Renováveis
2.1. Generalidades
A produção de energia é um elemento essencial para a vida do ser humano, sobretudo
para a realização das atividades industriais. As fontes não renováveis correspondem a
cerca de 87% da matriz energética global.
As fontes de energia não renováveis podem ser de origem fóssil, formadas pela
transformação de restos orgânicos acumulados na natureza há milhões de anos ou de
origem mineral. São de origem fóssil o carvão, o petróleo e o gás natural. De origem
mineral, temos o urânio, utilizado para produzir energia elétrica.
À medida que as reservas são menores, torna-se cada vez mais difícil a sua extração e,
consequentemente aumenta o seu custo. Inevitavelmente, se se mantiver o modelo de
consumo atual, os recursos não renováveis deixarão de estar disponíveis num futuro
próximo, quer seja pela extinção das suas reservas, quer seja porque a sua extração
deixará de ser economicamente rentável a médio prazo.
De acordo com a Agência para a Energia – ADENE a previsão da disponibilidade de
cada um dos recursos não renováveis é a constante na tabela 1.
Tabela 1. Disponibilidade dos recursos não renováveis (Fonte: ADENE, 2013)
Recursos Anos
Carvão 200-250
Urânio 70-90
Gás Natural 60-80
Petróleo 40-50
2.2. Petróleo
2.2.1. Origem
O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos, de origem fóssil e não renovável, ou
seja, ele irá esgotar-se na natureza. A sua formação ocorreu principalmente nas rochas
sedimentares, através da decomposição de matéria orgânica (restos de plantas e
animais). O tempo e as condições a que esses materiais foram submetidos (pouco
oxigénio, pressão da terra, altas temperaturas, etc.) promoveram a sua transformação
numa massa homogénea viscosa de cor negra.

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É encontrado na natureza impregnado em rochas sedimentares. Como estas são
permeáveis, o petróleo se desloca para o interior da crosta terrestre; porém, se for
detido por rochas impermeáveis são formadas as jazidas.
As principais jazidas de petróleo estão localizadas no Médio Oriente (fig. 5).
Figura 5. Reservas de petróleo no mundo
(Fonte: http://www.opec.org/opec_web/en/data_graphs/330.htm)
A OPEP (Organização dos Países Produtores de Petróleo) é uma organização formada
com o intuito de controlar a produção e os preços do petróleo no mercado
internacional, estabelecendo um verdadeiro cartel através da redução da oferta do
produto para obter os melhores preços no mercado mundial.

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2.2.2. Extração
São necessários 3 passos para que seja possível extrair petróleo: prospeção,
perfuração e extração.
Prospeção
Antes de qualquer processo de extração é necessário localizar as jazidas. A análise da
sua localização é feita por geólogos que determinam a probabilidade de
existir petróleo num determinado local do interior da terra.
Nesta análise são utilizados instrumentos específicos, tais como:
• Gravímetro, instrumento que deteta pequenas variações na gravidade que
podem indicar fluxo subterrâneo de petróleo;
• Magnetómetro, que mede pequenas mudanças no campo magnético e que
podem ser causadas pelo fluxo de petróleo;
• Sniffers, (narizes eletrónicos) sensores que detetam a presença de
hidrocarbonetos que estão presentes na constituição do petróleo;

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• Sismógrafos, aparelhos que criam ondas de choque que passam pelas rochas e
que depois são refletidas para a superfície, permitindo saber se, em
determinada zona, existe ou não petróleo.
Perfuração do solo
Conhecida a localização da jazida de petróleo dá-se início à perfuração do solo para a
sua extração. Faz-se uma marcação através de GPS ou boias caso se trate de
uma extração feita no mar. Na terra começa-se a perfuração do primeiro poço e só se
avança para os restantes caso se confirme a presença de petróleo. Para além disso, no
primeiro poço e antes de se avançar para os restantes faz-se uma análise da qualidade
do petróleo com o objetivo de estudar a sua viabilidade económica.

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A perfuração pode atingir profundidades até 6 km e é feita, em terra, através de
sondas de perfuração e, no mar, através de plataformas marítimas. As torres de
perfuração têm normalmente uma broca simples com diamantes industriais ou um
conjunto de três brocas interligadas com dentes de aço.
Extração do petróleo
A extração do petróleo, em terra, ocorre acima da linha do mar e abaixo de uma
camada gasosa que se encontra a altas pressões. Quando se dá a perfuração do solo, o
petróleo pode jorrar espontaneamente até à superfície devido à diferença de pressão.
Quando a pressão diminui é necessário o uso de equipamentos que bombeiam o
petróleo até à superfície.
Caso o petróleo seja muito denso pode ser necessário injetar vapor de água sob
pressão através de um segundo poço escavado no reservatório. O calor do vapor vai
diminuir a viscosidade do petróleo e o aumento da pressão vai permitir que
o petróleo suba até à superfície.
No caso da extração ocorrer no mar podem ser necessário instrumentos extra para
minimizar os efeitos da pressão.

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Fonte: FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Exploração e extração do petróleo"; Brasil Escola. Disponível
em http://brasilescola.uol.com.br/quimica/exploracao-extracao-petroleo.htm. Acesso em 26 de abril de
2017.
2.2.3. Refinação
A refinação do petróleo é um processo que tira partido dos diferentes pesos,
volatilidades e temperaturas de ebulição dos hidrocarbonetos para os separar, dando
origem a produtos intermédios e finais.
Há, tipicamente, quatro grandes estágios de refinação para separar o crude em
substâncias utilizáveis:
• Separação física dos vários tipos de hidrocarbonetos através da destilação;
• Purificação de produtos intermédios em unidades de pré-tratamento;
• Processamento químico das frações de menor valor em produtos mais leves;
• Tratamento e mistura de produtos intermédios por remoção de elementos e
compostos indesejáveis para integração em produtos finais.
O processo tem início com o aquecimento do petróleo bruto. Os vapores que então se
formam sobem por uma coluna de fracionamento, equipada com compartimentos a
diferentes alturas. Os componentes mais voláteis e com baixo ponto de ebulição
sobem ao topo dessa coluna. Nas camadas mais baixas, ficam os componentes com
ponto de ebulição mais elevado. Esta técnica, de separação física das frações, é
também designada de destilação fracionada e é o ponto de partida para o processo de
refinação do petróleo.
Figura 6. Destilação do petróleo (Fonte: galpenergia.com)

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Cada um dos passos do processo de refinação destina-se a maximizar o valor
acrescentado às matérias processadas. As refinarias mais simples realizam apenas a
destilação do crude. As refinarias mais complexas também realizam as outras três
funções.
2.2.4. Aplicações
Na antiguidade a sua utilização era atribuída à medicina com propriedades
cicatrizantes, antisséticas e laxantes. Na Bíblia, foi utilizado para calafetar a Arca de
Noé. Os povos antigos da Mesopotâmia e da Pérsia utilizavam-no para pavimentar
estradas, aquecer e iluminar casas.
Após a extração e refinação do petróleo, podem obter-se vários produtos como a
gasolina, gasóleo, fertilizantes, tintas, borrachas, plástico, medicamentos, entre tantos
outros. O petróleo é responsável por cerca de 37% da produção de energia no mundo,
sendo que o setor dos transportes é o seu principal destino (50%). Estima-se que 25%
é utilizado pelas indústrias e os outros 25% são para a indústria química e para a
geração de energia nas centrais termoelétricas.
2.2.5. Impacto ambiental
Apesar da sua eficácia para a geração de energia, o petróleo é extremamente
prejudicial para o meio ambiente, pois durante a sua combustão ocorre libertação de
gases poluentes, com destaque para óxido nitroso (NO2), dióxido de carbono (CO2) e
metano (CH4). Estes gases provocam a poluição atmosférica e intensificam o efeito de
estufa. Além disso, a exploração de petróleo em plataformas marítimas também pode
causar poluição hídrica, através de derrames.

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2.3. Carvão mineral
2.3.1. Origem
O carvão mineral é uma rocha sedimentar de origem fóssil (formado a partir da
sedimentação de resíduos orgânicos, em condições específicas). Encontra-se em
jazidas localizadas no subsolo terrestre e é extraído pelo sistema de mineração.
É composto por carbono (grande parte), oxigénio, hidrogénio, enxofre e cinzas. O
carvão pode ser classificado de acordo com sua concentração de carbono. Quanto
maior for a % de carbono maior é o seu nível de pureza e potencial energético. Os
tipos de carvão são: Turfa (cerca de 50% de carbono), Linhito (cerca de 70% de
carbono), Hulha ou carvão betuminoso (cerca de 85% de carbono) e Antracite (cerca
de 90% de carbono).
Figura 7. Etapas de formação do carvão
(Fonte: https://bibocaambiental.blogspot.pt/2012/06/carvao-mineral.html)
Calcula-se que cada 20 m3
de vegetais soterrados deram origem a 1 m3
de carvão num
processo que levou cerca de 200 milhões de anos.

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Figura 8. Reservas mundiais de carvão mineral - situação em 2002 (milhões de toneladas)
(Fonte: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/carvao_mineral/8_2.htm)
2.3.2. Extração
A céu aberto: é possível quando a camada de carvão aflora à superfície. Consiste na
remoção da camada estéril (superior), deixando a camada de carvão disponível.
Exige grandes equipamentos, tais como escavadoras de arrasto (draglines), pás
mecânicas (power shovels). O trabalho de desmonte do solo e das rochas é feito por
explosivos. Após a extração o carvão mineral é transportado para o seu destino final.
Figura 9. Mineração a céu aberto
(Por Stephen Codrington, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=221253)

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Em galerias subterrâneas. Pode ser manual, semi-mecanizada ou mecanizada.
Existem dois métodos de lavra subterrânea: câmara e pilares (room and pillar); e
frente larga (longwall mining).
Câmaras e pilares:
Os depósitos de carvão são recuperados de maneira a formar galerias, onde os pilares
são formados pelo próprio mineral que sustentam a cobertura da mina e controlam o
fluxo de ar. As câmaras normalmente tem de 5 a 10 metros de largura, e os pilares, 30
metros de extensão. O mineral extraído é carregado através de esteiras para a
superfície.
Frente larga:
Esse processo consiste na mineração do carvão que forma os pilares, de forma a
permitir que a cobertura tombe. No final deste processo a mina é abandonada.

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2.3.3. Aplicação na produção de energia
O carvão é extraído do solo, fragmentado e armazenado em silos para,
posteriormente, ser transportado até ao destino final. Aí é transformado em pó, o que
permitirá um melhor aproveitamento térmico na sua queima.
O calor libertado por esta queima é utilizado para transforma água em vapor. A
energia contida no vapor é transformada em energia mecânica (ou cinética), que
movimentará a turbina do gerador de energia elétrica.
Este movimento dá origem à energia elétrica. No caso da co-geração, o processo é
similar, no entanto o vapor, além de gerar energia elétrica, também é extraído para ser
utilizado no processo industrial.

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2.4. Gás natural
2.4.1. Origem
O gás natural é um hidrocarboneto resultante da decomposição da matéria orgânica
durante milhões de anos. É encontrado no subsolo, em rochas porosas isoladas do
meio ambiente por uma camada impermeável. Nas suas primeiras etapas de
decomposição, esta matéria orgânica de origem animal produz o petróleo. Nos seus
últimos estágios de degradação, o gás natural. Por isso, é comum a descoberta do gás
natural tanto associado ao petróleo como em campos isolados (gás natural não
associado).
É constituído por uma mistura variável de gases, onde o metano (CH4) é predominante
com teores acima de 70%. Apresenta uma densidade inferior a 1 e um poder calorífico
entre as 9000 kcal/m3
e 12000 kcal/m3
.
O Gás Natural apresenta-se na natureza de forma inodora e incolor sendo
normalmente odorizado artificialmente antes de distribuído ao consumidor final. Da
sua combustão resulta dióxido de carbono e vapor de água, o que faz do gás natural
uma fonte de energia segura, com emissão reduzida de poluentes e que pode ser
usada na indústria, no comércio, veículos e habitações.
2.4.2. Transporte
O transporte do gás natural das jazidas ou instalações de tratamento para as áreas de
utilização e/ou de armazenagem faz-se na forma gasosa (por gasodutos) ou liquefeito
(através de navios).
Nas instalações de tratamento procede-se à separação dos inertes (dióxido de carbono
e azoto) e dos nocivos (água, compostos de enxofre, vestígios metálicos). Nas

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instalações de liquefação tem lugar a separação dos chamados líquidos do gás natural:
propano, butano e hidrocarbonetos pesados. O GNL obtido é armazenado a uma
pressão próxima da pressão atmosférica, as temperaturas na ordem dos -160ºC. A
liquefação do gás natural permite a sua armazenagem e transporte de uma forma
concentrada (pouco volumosa) em condições técnicas e economicamente viáveis dado
que 1 m3
de GN líquido corresponde a 580 m3
de gás natural no estado gasoso.
2.4.3. Aplicações
Pode ser utilizado como fonte de geração de energia elétrica (ao substituir o carvão),
tendo também aplicações automobilísticas (no lugar da gasolina, do diesel e do GPL) e
domésticas.
O gás natural apresenta uma vantagem ambiental significativa em relação a outros
combustíveis fósseis, em função da menor emissão de gases poluentes que
contribuem para o efeito estufa. Quantitativa e qualitativamente, o maior ou menor
impacto ambiental da atividade está relacionado à composição do gás natural, ao
processo utilizado na produção de energia elétrica e remoção pós-combustão e às
condições de dispersão dos poluentes, como altura da chaminé, relevo e meteorologia.
Supõe-se que o volume de CO2 lançado na atmosfera pode ser entre 40% e 50%
inferior aos casos de produção de energia a partir de combustíveis sólidos, como o
carvão. Os principais poluentes atmosféricos emitidos pelas centrais termoelétricas a
gás natural são dióxido de carbono (CO2), óxidos de azoto (NOX) e, em menor escala,
monóxido de carbono e alguns hidrocarbonetos de baixo peso molecular, inclusive
metano.

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2.5. Urânio e Plutónio
2.5.1. Origem
O urânio (U) é um elemento químico metálico de brilho prateado, pesado, maleável,
dúctil, perde o brilho ao ar. Possui vários isótopos (diferente número de neutrões)
conhecidos, todos radioativos, dos quais apenas o U238, o U235 e o U234 se
encontram na Natureza (urânio natural).
O urânio foi descoberto em 1789 em Berlim, Alemanha, pelo químico alemão Martin
Klaproth. O seu nome resulta do nome do planeta Urano.
Podem-se encontrar vestígios de Urânio em quase todas as rochas sedimentares da
crosta terrestre. Os minerais que contêm Urânio são a euxenita, a carnotita, a
branerita, a torbernite e a coffinita, sendo o mais comum minério de Urânio a
uraninita (composta por UO2 com U3O8).
Figura 10. Principais produtores de urânio, 2014
(Fonte: http://www.kitco.com/commentaries/2016-01-25/The-Changing-World-Of-Uranium-
Mining.html)
A grande importância do urânio reside na sua aplicação como matéria-prima para a
obtenção de isótopos físseis, não apenas diretamente por fissão do isótopo U235, mas
também indiretamente, ao originar plutónio (Pu) que também sofre fissão, os quais
podem ser utilizados como combustível nos reatores nucleares.
É uma fonte mais concentrada na produção de energia, um pequeno pedaço de urânio
pode abastecer uma cidade inteira, fazendo com que não sejam necessários grandes
investimentos no recurso.

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2.5.2. Produção de energia elétrica
A fissão nuclear é uma reação que se inicia com o choque entre um neutrão e um
núcleo instável. O resultado desta reação é a divisão do núcleo. Há, com a fissão do
núcleo, a produção de novos neutrões que chocarão com outros núcleos instáveis,
originando novas fissões. Este bombardeamento denomina-se de reação em cadeia.
Figura 11. Fissão nuclear
A fissão nuclear ocorre dentro de reatores, nos quais a energia libertada sob a forma
de calor aquece a água transformando-a em vapor. Esse vapor, a alta pressão, faz
rodar turbinas que, através da energia mecânica, acionam um gerador que, por sua
vez, produz energia elétrica.
Figura 12. Central nuclear
(Fonte: https://tempolivre.umcomo.com.br/artigo/como-funciona-a-energia-nuclear-9296.html)
neutrão

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• O processo de produção de energia elétrica não liberta gases com efeito de
estufa.
• A elevada temperatura da água utilizada no arrefecimento causa poluição
térmica no meio recetor interferindo no equilíbrio dos ecossistemas.
• O risco de acidente nuclear e todas as consequências inerentes.
• A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão causal de radiações
causam poluição radioativa.
O plutónio 239 demora 24000 anos a reduzir a sua radioatividade para metade, e cerca
de 50000 anos para se tornar inócuo.
Café de Chernobyl: http://www.dailymotion.com/video/x4x7c96

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3. Energias Renováveis
3.1. Generalidades
Portugal é um país com escassos recursos energéticos próprios, nomeadamente,
aqueles que asseguram a generalidade das necessidades energéticas (como o petróleo,
o carvão e o gás natural). Tal situação de escassez conduz a uma elevada dependência
energética do exterior (83% em 2008).
Portugal tem um potencial muito significativo para o desenvolvimento de energias re-
nováveis. Assiste-se atualmente a um aumento do peso das energias renováveis. Mais
de 40% da eletricidade produzida em Portugal é baseada na utilização de fontes de
energia renováveis e cerca de 20% do consumo final de energia é satisfeito com o re-
curso às mesmas.
A Diretiva 2009/28/CE, que impôs a elaboração de um Plano Nacional de Ação para as
Energias Renováveis (PNAER), estabeleceu para Portugal uma meta de 31% de
incorporação de energia de fontes renováveis, no consumo de energia final, além de
uma meta de 10% de energias renováveis em transportes, até 2020.
Fonte: Casos de utilização de energias renováveis, AEP, Dezembro 2010.
3.2. Energia Hídrica
Na última década, as centrais hidroelétricas atingiram a produção de cerca de 30% das
necessidades do consumo energético, em Portugal. A atual rede hidroelétrica explora
50% do potencial hídrico de Portugal, cerca de 5000 MW de potência, através de 66
barragens de grande dimensão e por 150 mini-hídricas.
Neste endereço encontra-se uma lista das barragens existentes em Portugal:
http://cnpgb.apambiente.pt/gr_barragens/gbportugal/AA.htm#A

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3.2.1. Classificação e Aplicações
Em Portugal, na grande hídrica existem dois tipos de centrais:
• Centrais de fio-de-água, que não têm capacidade de armazenamento de água.
Assim, se o volume exceder os limites para os quais foram dimensionadas, a
água é turbinada ou descarregada. Localizam-se em linhas de água como por
exemplo a barragem do Fratel no rio Tejo situada entre as Portas de Rodão e a
foz do Rio Ocreza.
Figura 13. Barragem do Fratel
• Centrais de albufeira, que têm capacidade de armazenamento de água,
permitindo um aprovisionamento de energia ao longo do tempo. A utilização
dessa energia já tem associado um custo de oportunidade, que será maior ou
menor consoante o regime hidrológico e o nível de armazenamento das
albufeiras, tendo também em conta as restrições de exploração dos
aproveitamentos hidroelétricos (como por exemplo, regularização de caudais,
abastecimento de água às populações, manutenção das cotas de exploração
para fins turísticos e agrícolas).
Figura 14. Barragem do Alqueva
(Por Ceinturion - Ceinturion, GFDL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3644627)

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3.2.2. Turbinas hidráulicas
As centrais hidroelétricas são sistemas que transformam a energia potencial em
energia cinética que irá movimentar uma turbina e, esta um gerador que, por fim, irá
gerar energia elétrica.
A construção destas centrais é feita, preferencialmente, em locais onde podem ser
aproveitados os desníveis naturais dos cursos dos rios e que devem ter um caudal
mínimo para garantir a produtividade.
O seu princípio de funcionamento é muito simples: a água armazenada num
reservatório passa pela turbina fazendo-a girar. A turbina por sua vez está acoplada a
um gerador que transforma a energia cinética da turbina em energia elétrica.
Os principais componentes das centrais hidroelétricas são:
• a albufeira limitada pela barragem, onde fica armazenada a água que irá gerar
a energia. É, na maioria das vezes, aproveitada para atividades de lazer, assim
como, é o maior responsável pelo impacto ambiental de central hidroelétrica;
• a conduta, por onde a água passa assim que a comporta de controlo é aberta
encaminhando-a para as turbinas;
• as turbinas, geralmente do tipo “Francis” (com várias lâminas curvas num disco
que ao serem atingidas pela água, giram em torno de um eixo);
• os geradores, que possuem uma série de ímanes que produzem corrente
elétrica;
• um transformador, que aumenta a tensão da corrente elétrica até um nível
adequado à sua condução até aos centros de consumo;
• um canal de descarga, que conduz a água da turbina até a jusante do rio;
• as linhas de transmissão, que distribuem a energia elétrica gerada.

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Figura 15. Acionamento da turbina numa central hidroelétrica
(Fonte: http://www.prof2000.pt/users/lpa)
3.2.3. Vantagens e desvantagens
Vantagens Desvantagens
• É uma energia renovável, isto é, que
não se esgota
• A sua fiabilidade e a resposta às
variações de procura são elevadas
• O seu custo de produção é baixo
• Não polui o ambiente
• Proporciona desenvolvimento local
(estabelecimento de vias fluviais,
construção de vias de comunicação,
fomento de atividades de lazer e de
turismo, etc)
• Permite uma forma de abastecimento
local para regadios
• Provocam a erosão do solo e,
consequentemente afetam a vegetação
local
• Podem provocar o deslocamento de
populações ribeirinhas e o alargamento
de terra (dependendo, claro, do tipo de
relevo e da região onde se localiza o
empreendimento);
• A sua construção exige a formação de
grandes reservatórios de água que
acabam por provocar profundas
alterações nos ecossistemas
• Tem elevados custos de instalação e de
desativação.
Barragem
Turbina
Alternador
Canal de descarga
Albufeira Linhas de alta
tensão
Conduta
forçada

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3.3. Energia Solar
O aproveitamento desta fonte de energia serve para iluminar espaços interiores de
edifícios, aquecimento de águas sanitárias ou produção de eletricidade.
Em Portugal a disponibilidade do recurso energético é elevada, assim como o potencial
de aproveitamento, não apenas devido à localização geográfica do país privilegiada,
mas também porque a produção ocorre principalmente nas horas diurnas de maior
consumo de eletricidade, adequando-se ao perfil do diagrama de carga como
complemento essencial às tecnologias de geração presentes no mix elétrico nacional.

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3.3.1. Coletores solares térmicos
São utilizados no aquecimento de águas sanitárias.
A superfície do painel solar transforma a luz solar em calor aproveitável. Este calor é
absorvido pelo líquido solar que se encontra dentro do painel e é transportado com a
ajuda de uma bomba através de tubos, devidamente isolados, até ao depósito de água
quente.
A água quente está agora disponível num depósito acumulador. O material isolante
deste impede o arrefecimento da água, sendo possível utilizar a água quente através
da energia solar em períodos onde não existe sol, como por exemplo, durante a noite.
Figura 16. Sistema de funcionamento de um coletor solar térmico
(Fonte: http://energiasalternativas.webnode.com.pt/energias-renovaveis/energia-solar/)

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3.3.2. Fornos solares
Os fornos solares são utilizados na conversão térmica da radiação solar para cozinhar
alimentos ou para produzir água destilada.
Normalmente, num forno solar a superfície absorsora é um recipiente que contém os
alimentos, sendo o forno constituído pelos seguintes elementos:
A temperatura atingida no interior do recipiente (absorsor) vai depender da
quantidade de radiação solar que entra no forno, bem como do nível de proteção
térmica de que dispõe.

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3.3.3. Painéis fotovoltaicos (fotopilhas)
Quando a radiação solar incide nas células fotovoltaicas a luz absorvida é convertida
em energia elétrica através do efeito fotovoltaico.
Os painéis fotovoltaicos que por serem constituídos por células solares absorvem a
radiação solar agitando os fotões que se movimentam compondo assim uma corrente
elétrica.
http://energiasrenovaveis.com/images/upload/flash/anima_como_funciona/pv6.swf
Luz
solar
Painéis
fotovoltaicos
Ondulador
Bateria
Rede elétrica
Recetores

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3.3.4. Paredes de Trombe
A Parede de Trombe tem o nome do engenheiro francês Félix Trombe, que
popularizou este sistema de aquecimento na década de 60 do século XX.
Trata-se do sistema composto por um vão devidamente orientado, no qual se coloca
interiormente uma parede maciça de espessura variável entre os 10 e os 30 cm. A
superfície exterior da parede é geralmente pintada de cor escura, aumentando assim a
captação da radiação solar incidente.
Figura 17. Parede de Trombe
(Fonte: http://astrorei.blogspot.pt/2011/11/parede-de-trombe.html)
Cria-se assim um sistema, no qual predomina o efeito de estufa, atingindo-se
temperaturas muito elevadas (30-60ºC) no espaço entre o vidro e a parede de
armazenamento.
São uma forma excelente e fácil de usar energia solar para aquecer uma divisão de
uma casa. Esta medida contribui para aumentar o conforto térmico e para reduzir as
necessidades energéticas dos edifícios habitacionais com alçados orientados a Sul.

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Vantagens:
- A energia solar como todas as energias renováveis não polui.
- As centrais fotovoltaicas necessitam de manutenção mínima.
- Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que o seu custo
tem tendência a diminuir. Tornando a energia solar uma solução economicamente
viável.
- A energia solar não apresentar qualquer tipo de poluição sonora, contraditoriamente
a certas energias.
Desvantagens:
- Os preços são mais elevados em relação a outros meios de energia devido à
construção.
- Existe variação na quantidade de energia elétrica produzida de acordo com a situação
climatérica, além de que durante a noite não existe produção alguma.
- Locais em latitudes médias e altas sofrem quedas substanciais de produção durante
os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais
com frequente cobertura de nuvens tendem a ter variações diárias de produção de
acordo com o grau de nebulosidade.
- As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando
comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis, à energia hidroelétrica.
- A construção de centrais fotovoltaicas ocupa um grande espaço, que pode levar à
destruição de habitats ou deslocações de animais.

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3.4. Energia Eólica
A energia eólica é a energia obtida pela ação do vento, ou seja, através da utilização da
energia cinética gerada pelas correntes aéreas.
A energia eólica está associada ao movimento das massas de ar que se movem a partir
de zonas de alta pressão para zonas adjacentes de baixa pressão, com velocidades
proporcionais ao gradiente de pressão.
A história da energia eólica em Portugal data de 1986, ano em que foi construído o
primeiro parque eólico, na ilha de Porto Santo, no arquipélago da Madeira. Seguiram-
se-lhe o Parque Eólico do Figueiral, na ilha de Santa Maria, nos Açores (1988) e, em
Portugal Continental, o Parque Eólico de Sines (1992). [Casadinho, 2014]
Em Portugal, devido à sua situação geográfica e geomorfologica, apenas nas
montanhas a velocidade e a regularidade do vento é suscetível de aproveitamento
energético. A maior parte dos locais com essas características situam-se a norte do rio
Tejo, e a sul junto à Costa Vicentina e Ponta de Sagres, sendo raros na extensa planície
alentejana. [DGEG]
Figura 18. Mapa da distribuição espacial da velocidade do vento em Portugal (Fonte: Casadinho, 2014)

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3.4.1. Turbinas eólicas
Uma turbina eólica, também designada de aerogerador, é um equipamento que utiliza
a energia cinética do vento, convertendo-a em energia elétrica.
Existem dois tipos básicos de rotores eólicos: os de eixo vertical e os de eixo
horizontal. Os rotores diferem consoante o seu custo relativo de produção, eficiência,
e na velocidade do vento em que apresentam maior eficiência.
Aerogeradores com rotor de eixo vertical
São geralmente mais caros que os de eixo horizontal, pois o gerador não gira seguindo
a direção do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo, mas o seu
desempenho é inferior.
São exemplos de rotores de eixo vertical os rotores do tipo Savonius e os rotores do
tipo Darrieus.
Figura 19. Aerogeradores de eixo vertical
(Fonte: https://www.portal-energia.com/funcionamento-de-um-aerogerador/)
Aerogeradores com Rotor de eixo horizontal
São os mais conhecidos e os mais utilizados devido à sua maior eficiência,
compensando o seu custo mais elevado. Nesta categoria encontram-se os rotores de 2
ou 3 pás. Os rotores constituídos por 3 pás são os mais utilizados para geração de
energia elétrica em larga escala.
Estes apresentam também uma maior eficácia devido à menor resistência ao ar. A
gama de potências dos aerogeradores estende-se desde os 100 W (comprimento das
pás na ordem de 1 metro) até cerca de 8 MW (longitude das pás ronda os 80 metros).

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Constituição de um aerogerador de eixo horizontal
Os principais componentes de uma turbina eólica de eixo horizontal são a torre, o
rotor, o gerador e as pás. Existem ainda outros componentes como por exemplo
sistemas de medição de vento, sistemas de controlo e outros mecanismos mecânicos.
Figura 20. Componentes de um aerogerador
(Fonte: https://www.portal-energia.com/funcionamento-de-um-aerogerador/)
Pás: captam o vento, concentrando a sua potência no centro do rotor. São construídas
em processo praticamente artesanal a partir de materiais como o plástico e a fibra de
vidro. A estrutura das pás utiliza as mesmas soluções técnicas usadas pela aeronáutica
nos cálculos de engenharia das asas dos aviões.
Rotor: elemento de fixação das pás que transmite o movimento de rotação para o eixo
de movimento lento. Um dos seus principais componentes é o sistema hidráulico que
permite o movimento das pás em distintas posições para otimizar a força do vento ou
parar a turbina por completo.
Torre: elemento que sustenta o rotor e a nacelle na altura apropriada ao seu
funcionamento.
Nacelle: compartimento instalado no alto da torre composto por caixa multiplicadora,
chassis, sistema de yaw, sistema de controlo eletrónico e sistema hidráulico. É o
componente com maior peso do sistema. Dependendo do fabricante do aerogerador,
pode ultrapassar as 72 toneladas.
Gearbox (caixa multiplicadora): tem a função de transformar as rotações que as pás
transmitem ao eixo de baixa velocidade (19 a 30 rpm), de modo a que transmita ao
eixo de alta velocidade as rotações que o gerador precisa para funcionar (1500 rpm).
Gerador: converte a energia mecânica do eixo em energia elétrica.

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Anemómetro: mede a velocidade do vento. Estes dados são lidos pelo sistema de
controlo, que garante o posicionamento mais adequado para a turbina.
Catavento: mede a direção do vento, é responsável por transmitir ao sistema de
controlo a posição instantânea o vento, permitindo à turbina manter-se orientada na
direção do vento de forma a otimizar a sua energia cinética e aumentar a potência
produzida.
Funcionamento de uma turbina eólica
Figura 21. Funcionamento de uma turbina eólica.
(Adaptado de http://eletrocuriosidades.blogspot.pt/2012/10/etapas-da-construcao-de-um-parque-
eolico.html)

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Vantagens
• Os aerogeradores modernos constituem modos eficientes de produção de
eletricidade, convertendo com elevada eficiência um recurso totalmente
renovável, o vento, em eletricidade de grande qualidade: os modelos recentes
permitem ajustar muito precisamente as características da corrente e da tensão
que são fornecidas às necessidades da rede elétrica.
• A energia eólica produz eletricidade a um custo conhecido, que não depende das
variações futuras do preço dos hidrocarbonetos.
• O funcionamento de uma turbina eólica não produz emissões tóxicas ou
poluentes e permite a continuação de atividades (por exemplo agrícolas) no
terreno envolvente; mesmo quando se considera todo o ciclo de vida de uma
central elétrica (construção, exploração, desmantelamento), a energia eólica é,
de longe, a fonte com o menor impacte ambiental, nomeadamente em termos
de emissões de gases com efeito de estufa, responsáveis pelas alterações
climáticas.
• No fim de vida de um parque eólico, o local pode ser restaurado e recuperado
para o seu estado inicial, ou seja é uma instalação completamente reversível.
Desvantagens
• A sua intermitência. O vento não sopra sempre à mesma velocidade e não
sopra sempre quando a procura de eletricidade é maior.
• Causa alterações na paisagem a níveis estéticos.
• Altera os comportamentos habituais de migração das aves.
• Provoca um ruído constante.
Em Casos de utilização de energias renováveis, AEP 2010

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3.5. Biomassa
A biomassa é uma forma de armazenamento de energia solar. As plantas capturam
energia do Sol com uma eficiência de cerca de 0,1%, transformam-na em energia
química e armazenam-na na sua estrutura celular (tronco, raízes, folhas, etc.).
Por definição a biomassa consiste na “fração biodegradável de produtos e resíduos
provenientes da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), da silvicultura e
das indústrias conexas, bem como a fração biodegradável de resíduos industriais e
urbanos”.
A fotossíntese é o processo através do qual as plantas e os organismos autotróficos
transformam energia luminosa em energia química processando o dióxido de carbono
(CO2) juntamente com a água (H2O) e minerais que, no caso das plantas, são
normalmente retirados do solo através das raízes. Este processo produz assim
compostos orgânicos (glicose e amido) e oxigénio gasoso (O2).
As plantas e árvores absorvem o CO2 da atmosfera armazenando-o na sua estrutura
celular. A queima da biomassa devolve à atmosfera o CO2 armazenado. Com o
crescimento de novas plantas e árvores este CO2 libertado é novamente capturado,
mantendo assim o ciclo do carbono atmosférico em equilíbrio.
Desde que a biomassa seja regenerada e recolhida para utilização o ciclo pode ser
mantido em equilibro indefinidamente. Uma gestão sustentável das florestas e pastos
é imprescindível para que o ciclo do carbono não seja alterado.
Figura 22. Ciclo do carbono
(Fonte:
http://energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=1&ID_area=2&ID_sub_area=2)
Em Portugal, o potencial de todas as formas de biomassa é estimado em 6 milhões de
toneladas por ano. Esta fonte de energia poderá vir a representar 15 % da geração
renovável e a biomassa florestal poderá substituir 5 a 10% do carvão utilizado nas
centrais convencionais.

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A biomassa pode ser transformada em biocombustíveis ou utilizada na produção de
energia.
Os biocombustíveis (biodiesel, etanol, biogás,…) são obtidos através da fermentação
da biomassa por ação de microrganismos.
Figura 23. Representação da produção de etanol e biogás
Relativamente à produção de energia existem quatro formas de transformar a
biomassa em energia:
• Pirólise: a biomassa é exposta a temperaturas na ordem dos 400ºC-500ºC sem
a presença de oxigénio, com o objetivo de acelerar a sua decomposição. O que
resulta desta decomposição é uma mistura de gases (CH4, CO e CO2 – metano,
monóxido e dióxido de carbono), líquidos (óleos vegetais) e sólidos (carvão
vegetal).
• Gaseificação: assim como na pirólise, aqui a biomassa também é exposta a
temperaturas altas na ausência do oxigénio, originando como produto final um
gás inflamável. Esse gás pode ainda ser tratado para remover alguns
componentes químicos residuais.
• Combustão: aqui a queima da biomassa é realizada a altas temperaturas na
presença abundante de oxigénio, produzindo vapor a alta pressão. Esse vapor
pode ser utilizado em caldeiras ou para mover turbinas.
• Co-combustão: essa prática propõe a substituição de parte do carvão mineral
utilizado nas centrais termoelétricas por biomassa. Dessa forma, reduz-se
significativamente a emissão de poluentes.

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Vantagens:
• Recurso renovável
• Baixo custo de aquisição
• Não emite dióxido de enxofre
• As cinzas são menos agressivas para o ambiente que as provenientes de
combustíveis fósseis
• Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos)
• Menor risco ambiental
• Emissões não contribuem para o efeito estufa
Desvantagens:
• Desflorestação de florestas, além da destruição de habitats
• Possui um menor poder calorífico quando comparado com outros combustíveis
fósseis
• Maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera. Isto
significa maior custo de investimento na caldeira e nos equipamentos para
remoção de material particulado
• Dificuldades no transporte e no armazenamento

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3.6. Geotermia
A energia geotérmica existe desde que o nosso planeta foi criado.
Geotermia, do grego geo (terra) termia (calor), é o calor armazenado na parte
acessível da crosta terrestre.
Para uma melhor compreensão da forma como é aproveitada a energia proveniente
do calor da Terra deve primeiro perceber como é constituído o nosso planeta. A Terra
é formada por grandes placas, que nos mantêm isolados do seu interior, no qual
encontramos o magma. Com o aumento da profundidade a temperatura vai
aumentando, no entanto, há zonas de intrusão magmática, onde a temperatura é
muito maior. Essas são as zonas onde existe elevado potencial geotérmico.
O calor terrestre existe nas camadas inferiores do nosso planeta, mas em algumas
partes do globo está mais perto da superfície do que em outras, nesses locais em que
está mais perto da superfície a sua utilização torna-se mais fácil.
O calor é trazido para perto da superfície, devido a movimentos da crosta terrestre,
por intrusão de magma fundido e pela circulação de águas subterrâneas formando
reservatórios de água quente sob grande pressão.
Devido à necessidade de produzir energia elétrica de uma forma mais limpa e em
quantidades cada vez maiores, foram desenvolvidos métodos para usufruir desse calor
para a geração de eletricidade. No entanto esta energia sob a forma de calor pode
também ser utilizada de forma direta.
Em resumo, há três formas de utilizar a energia geotérmica:
1. Utilização direta: reservatórios geotérmicos de temperaturas baixas moderadas
(20ºC – 150ºC) podem ser aproveitados diretamente para fornecer calor para a
indústria, aquecimento ambiente, termas e outros aproveitamentos comerciais.
Figura 24. Águas Termais
(Fonte: https://www.portal-energia.com/energia-geotermica-calor-da-terra/)

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2. Centrais Geotérmicas: aproveitamento direto de fluidos geotérmicos em centrais a
altas temperaturas (> 150ºC) para movimentar uma turbina e produzir energia elétrica.
A utilização da energia geotérmica é conseguida através da perfuração de poços de
modo a alcançar os reservatórios, trazendo para a superfície o vapor da água quente
de alta pressão, dirigindo o vapor e água quente a unidades distintas nas turbinas das
centrais geotérmicas.
A energia térmica é, assim, convertida em energia elétrica. O fluido geotérmico
arrefecido é injetado de volta ao reservatório onde é reaquecido, preservando o
equilíbrio e a sustentabilidade do recurso.
Figura 25. Central geotérmica
(Fonte: https://sustentabilidade.blog/energia-limpa/energia-geotermica/)
3. Bombas de calor geotérmicas (BCG): Os sistemas geotérmicos de aquecimento e
arrefecimento funcionam pelo bombeamento da água através de um tubo inserido no
solo, que através da diferença de temperatura do subsolo aquecem ou arrefecem água
e, em seguida, o ar dentro dos edifícios.
Além de utilizar as energias renováveis em vez de um combustível fóssil para aquecer
os edifícios, um sistema de energia geotérmica usa 70% menos energia para executar o
mesmo que um sistema convencional de aquecimento e refrigeração e 30% a 50%
menos energia do que um novo sistema de aquecimento e refrigeração.

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Figura 26. Bomba de calor
(Fonte: https://www.portal-energia.com/energia-geotermica-calor-da-terra/)
Vantagens:
• Menos poluição, proporcionando um ambiente energético alternativo, que
evite a queima de combustíveis fósseis.
• Pequena quantidade de solo necessário para construir centrais geotérmicas.
• Contra outros tipos de fontes de energia renováveis, como energia eólica ou
solar, a energia geotérmica pode ser utilizada para a produção de eletricidade
24h/dia.
• Baixos preços de produção de eletricidade, uma vez que as centrais de energia
geotérmica têm baixos custos de administração.
• É praticamente inesgotável.
• Fornece segurança no abastecimento de energia necessária para reduzir as
importações de combustíveis fósseis.
• As instalações geotérmicas em localizações remotas podem levantar o nível e
qualidade de vida trazendo eletricidade a pessoas longe dos centros
demográficos “eletrificados”.
Desvantagens:
• Se não for implementado em pequenas zonas onde o calor do interior da Terra
vem à superfície através de geiseres e vulcões, então a perfuração dos solos
para a introdução de tubagens é dispendiosa.
• Os anticongelantes utilizados nas zonas mais frias são poluentes: apesar de
terem uma baixa toxicidade, alguns produzem CFCs.

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3.7. Energia dos Oceanos
Existem várias formas potenciais de aproveitamento da energia dos oceanos: energia
das marés, correntes marítimas e energia das ondas.
3.7.1. Marés
A energia das marés é a energia cinética (movimento) da água do mar, provocada pela
subida e descida das marés. Existem por dia duas marés-altas e duas marés-baixas.
Estas marés são o resultado do movimento da Lua em torno da Terra e sofrem
também a influência do movimento da Terra em torno do Sol.
Este tipo de energia é aproveitado há já muito tempo, um exemplo deste
aproveitamento são os famosos moinhos de maré, do concelho de Almada, que
aproveitando este "vaivém" diário da água do Estuário do Rio Tejo moíam cereais.
Esta energia é obtida através de barragens construídas em áreas costeiras "afetadas"
por marés. O aproveitamento energético das marés é obtido através de um
reservatório criado junto ao mar, através da construção de uma barragem, contendo
uma turbina e um gerador. Tanto o movimento de subida da maré quanto o de descida
produz energia. A água é turbinada durante os dois sentidos da maré:
- na maré alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina e produzindo
energia elétrica,
- na maré baixa, a água esvazia o reservatório passando em sentido contrário ao do
enchimento através da turbina e desta maneira também produz energia elétrica.
Para que este sistema funcione bem são necessárias marés e correntes fortes. Tem
que haver um aumento do nível da água de pelo menos 5,5 metros da maré baixa para
a maré alta.
Figura 27. Geração de energia elétrica através das marés (Fonte:
http://www.fisicapaidegua.com/questoes/imagens/q26_ufrn_2009.jpg)

Página 45
3.7.2. Ondas
As ondas são formadas pela força do vento sobre a água e o seu tamanho varia com a
velocidade do vento, da sua duração e da sua distância da água da qual o vento faz
força. O movimento da água que resulta da força do vento transporta energia cinética
que pode ser aproveitada por dispositivos próprios para a captação dessa energia,
chamada energia das ondas.
A elevação da onda numa câmara de ar provoca a saída do ar lá contido, o movimento
do ar faz rodar uma turbina que está ligada a um gerador que vai produzir energia
elétrica.
Figura 28. Acionamento da turbina pelas ondas
(Fonte: http://www.geocities.ws/saladefisica5/leituras/ondas20.gif)
A conversão de energia a partir das ondas apresenta claras semelhanças com a eólica.
Dado que as ondas são produzidas pela ação do vento, os dois recursos apresentam
idêntica irregularidade e variação sazonal.
Em ambos os casos extrai-se energia de um meio fluido em movimento e de extensão
praticamente ilimitada.
A natureza ondulatória do mar (em comparação com o simples movimento de
velocidade mais ou menos constante do vento) está na origem da maior complexidade
de conceção de sistemas de conversão. Em compensação o recurso energético das
ondas apresenta maior concentração espacial (numa camada de algumas dezenas de
metros abaixo da superfície) do que a energia eólica.

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Vantagens:
• A constância e previsibilidade da ocorrência das marés;
• O facto das ondas e das marés serem uma fonte inesgotável de energia;
• A sua fiabilidade;
• O facto de serem uma fonte de energia não poluente.
Desvantagens:
• Os custos de instalação são bastante elevados;
• Instalações de potência reduzida;
• A deterioração dos materiais pela exposição à água salgada do mar;
• Marés: Só é produzida energia enquanto existir um desnível entre os níveis de
água que se encontram nas partes superior e inferior do muro da barragem;
• Marés: Só podem ser instaladas centrais para a produção de eletricidade a
partir desta energia em locais que respondam às necessidades geomorfológicas
necessárias para a mesma e que possuam um desnível entre marés bastante
elevado (cerca de 5,5m);
• Marés: A sua construção pode acarretar grandes impactos ambientais devido à
criação da albufeira;
• Ondas: Impossibilita a navegação (na maior parte dos casos).

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