ENERGIA: uso, geração      e impactos ambientais      José Roberto Castilho Piqueira (Sorocaba)      Claudio Marcelo Brunoro
FICHA TÉCNICA                           Direção geral            Emílio Gabriades e Guilherme Faiguenboim                 ...
Apresentação     Recentemente, numa certa manhã escura, quebraram minha rotina de tantos anos. Acordei ao somde Vivaldi, e...
Energia: uso, geração e impactos ambientaisÍNDICEIntrodução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
IntroduçãoIntrodução     O século XXI começa com um grande desafio: a questão energética. Acreditar que economizar ener-gi...
Energia: uso, geração e impactos ambientaisEnergia e vida      Nas aulas de Biologia e Física costumamos deparar com dois ...
Energia e vidagressivo, acompanhando o refinamento da tecnologia desenvolvida pela humanidade para modificar omeio ambient...
Energia: uso, geração e impactos ambientaisEnergia elétrica     Como vimos, a energia é essencial para todas as atividades...
Energia elétricas Transmissão: transferência da energia elétrica do ponto de geração até a região consumidora;s Distribuiç...
Energia: uso, geração e impactos ambientais                                        Comparação de custo entre CC e CA      ...
Geração de energia elétrica e meio ambienteModelo físico do Sistema Geração/Transmissão/Distribuição     As partes envolvi...
Energia: uso, geração e impactos ambientaiss Usina termonuclear: além de envolver as questões vitais da segurança e do tra...
Conclusãosoluções para a matriz energética dos países desenvolvidos, quando aplicadas ao contexto de países emdesenvolvime...
Energia: uso, geração e impactos ambientaisExercícios1. Obtenha a relação de transformação de kWh para J.2. Considere uma ...
Exercícios   d)       potencial gravitacional – térmica – cinética – elétrica   c)       potencial gravitacional – cinétic...
Energia: uso, geração e impactos ambientais    São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquec...
Exercícios   Dessas afirmativas, somente está(ão) correta(s):   a) I.   b) II.   c) III.   d) I e II.   e) II e III.11. (E...
Energia: uso, geração e impactos ambientais13. (ENEM)    As sociedades modernas necessitam cada vez mais de energia. Para ...
BibliografiaBibliografia   Goldemberg, J. Energia, Meio Ambiente e Desenvolvimento. São Paulo, Edusp, 1998.   Reis, L. B. ...
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  1. 1. ENERGIA: uso, geração e impactos ambientais José Roberto Castilho Piqueira (Sorocaba) Claudio Marcelo Brunoro
  2. 2. FICHA TÉCNICA Direção geral Emílio Gabriades e Guilherme Faiguenboim Coordenação geral Nicolau Marmo Marketing Antonio Silva Filho AutoriaJosé Roberto Castilho Piqueira (Sorocaba) e Claudio Marcelo Brunoro Coordenação editorial Dácio Antônio de Castro Preparação de texto Cely Arena Programação visual Ulhôa Cintra Comunicação Visual e Arquitetura Impressão Editora Ave Maria Sistema Anglo de Ensino Rua Tamandaré, 596 Liberdade – São Paulo – SP CEP 01525-000 Fone/Fax (011) 3273-6000 www.cursoanglo.com.br
  3. 3. Apresentação Recentemente, numa certa manhã escura, quebraram minha rotina de tantos anos. Acordei ao somde Vivaldi, emitido pelo rádio-despertador. Era um bom começo. Acendi a luz, acionei o barbeador elétri-co e tomei uma ducha quente para despertar. Mas não acordei. Na copa, esperava-me um suco de frutas com qualidade garantida pela geladeira, batido no liqüidifi-cador e um cafezinho recém-saído da cafeteira elétrica. O microondas esquentava pães de queijo. O rádio, como sempre, dava as notícias do dia. De repente, o locutor anunciou: APAGÃO! Agora, sim,despertei pra valer. Tudo o que aprendi na vida sobre energia começou a aflorar desordenadamente.Quilowatt (kilouot). Por que “uot”? O homem era escocês, mas de origem alemã! Por que Chopin (Chopan)?O homem era polonês! Quilowatt-hora? Deserdaram o Joule? Temos de economizar 20%. 20% do quê? Quanto umageladeira despende de energia? O nível dos reservatórios está caindo. Quais reservatórios? Afinal, de ondevem a nossa energia? Temos tantos rios e vamos apelar para as termelétricas? Falta instalar turbinas emhidrelétricas prontas? Então a água está saindo pelo ladrão? Não adianta somente instalar turbinas: faltamlinhas de transmissão. Esse problema só existe no Brasil ou é um problema mundial? Quem é o culpado? Bush ou Fernando Henrique? Não, não! Essa pergunta jamais faço. O que fazer? É importante saber o que fazer, e para isso convém saber quem sabe. Quem sabe desses assuntos? Aqui no Anglo, todos os olhares convergiram para o Sorocaba: ele é opai da matéria. E o Brunoro é um dos filhos! Por que essa dupla? Porque eles possuem duas qualidades que nem sempre andam juntas: conheci-mento da matéria e didática. Esta última é especialmente relevante nesse caso, porque o assunto é“quente” para os próximos vestibulares. E ainda dizem que nós não damos “dicas”… Nicolau Marmo Coordenador Geral Sistema Anglo de Ensino 3
  4. 4. Energia: uso, geração e impactos ambientaisÍNDICEIntrodução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Energia e vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Energia elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Geração de energia elétrica e meio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Desenvolvimento sustentável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Exercícios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4
  5. 5. IntroduçãoIntrodução O século XXI começa com um grande desafio: a questão energética. Acreditar que economizar ener-gia é uma necessidade apenas no Brasil, entretanto, é pretensão. E procurar um responsável pela situação,questionar a competência de governos e o planejamento técnico, ou mesmo acusar as políticas de priva-tização do setor energético não são formas realistas de encarar o problema, pois ele é multifacetado e rela-ciona-se com questões mais amplas, que requerem análise acurada. Na Califórnia e na Flórida, nos EstadosUnidos, por exemplo, freqüentemente apontados como paradigmas de administração competente, a criseenergética é até mais intensa do que no Brasil, apesar dos modelos privatizados de geração, transmissãoe distribuição de energia lá adotados. O problema é delicado e de abrangência mundial. O nível atual de desenvolvimento da humanidade,evidenciado pela tecnologia, a medicina e o potencial de conforto, exige um consumo de energia porhabitante bastante elevado. Interromper esse consumo – decisão simplista – seria negar o conhecimentoadquirido e, talvez, comprometer a continuidade da civilização. Portanto, sendo inevitável consumir energia, é importante haver bom senso na sua distribuição e reno-vação e também a consciência de que é urgente desenvolver novas tecnologias não poluentes para obtê-la. A obtenção de energia para manter a sociedade hoje está atrelada,quase inevitavelmente,à degradaçãoambiental. A escolha adequada da matriz energética (distribuição entre as formas de geração) mundial nãopode levar em conta apenas os custos imediatos: deve assegurar a qualidade de vida das futuras gerações. Veremos a seguir alguns dos aspectos relativos ao uso da energia e suas implicações. Iniciamos coma idéia geral de que a energia é, e sempre foi, o bem de capital de maior valor para a nossa espécie, dis-cutindo-a no que se refere à utilização humana. Depois abordamos a transformação da energia até o con-sumo final e o seu uso doméstico, encerrando com uma discussão abreviada das diversas formas de gera-ção e os seus impactos ambientais. Eletricidade no mundo em kilowatts-hora Consumo Consumo per capita total Noruega 26 214 115 369 Canadá 17 549 531 051 EUA 13 284 3 610 149 França 7 693 450 072 Brasil 2 192 348 456 Índia 482 465 867 Ruanda 29 175 Chade 13 90 Fonte: Human Development Report, Nações Unidas, 1997Fotografia da Terra, à noite, registra a situação político-econômica dos países. Para chegar a esse resultado, os pesquisadores CraigMayhew e Robert Simmon usaram centenas de imagens produzidas pelos satélites meteorológicos do Departamento de Defesa dos EUA. 5
  6. 6. Energia: uso, geração e impactos ambientaisEnergia e vida Nas aulas de Biologia e Física costumamos deparar com dois conceitos aparentemente díspares deenergia. Os biólogos parecem falar de algo concreto, que passa do Sol para as plantas e dessas para os ani-mais, transformando-se no interior dos seres vivos, por processos fisiológicos complicados, nas mais diver-sas modalidades, sendo essencial para funções como respiração, excreção, reprodução, manutenção detemperatura e condução de impulsos elétricos associados ao sistema nervoso. Os físicos parecem falar de algo mais abstrato, calculável por equações, relativo a situações mais sim-ples, como carrinhos descendo montanhas-russas ou cargas elétricas em movimento nos circuitos. Os conceitos empregados nas duas disciplinas, entretanto, são integrados e remetem à mesma enti-dade física: a capacidade de um corpo (ou sistema de corpos), em qualquer escala espacial, produzir movi-mento próprio ou de outros corpos que estão no seu entorno. Assim, o ser humano, nas atividades diárias, todo o tempo utiliza energia. Ele a retira dos alimentosque ingere e, como se fosse uma máquina, transforma-a nas diversas modalidades necessárias ao fun-cionamento do seu organismo. A tabela abaixo (Goldemberg,1998) ilustra o gasto de energia do corpo humano em diversas atividades: Necessidades energéticas para várias atividades (em kcal/hora) Trabalho leve Trabalho moderado Trabalho pesado Trabalho muito pesadoEscrever 20 Dormindo 85-110 Marchando 280-400 Pedreiro 350Permanecer relaxado 20 Tomando banho 125-215 Andando de bicicleta 180-600 Correndo 800-1 000Datilografando rapidamente 55 Carpintaria 150-180 Remando 120-600 Escalando 400-900Tocando violino 40-50 Caminhando 130-240 Nadando 200-700 Esquiando 500-950Lavando louça 60 Subindo escadas 1 000Passando a ferro 60 Fonte: E. Cook. Man, Energy, Society,W.H. Freeman and Co, San Francisco, EUA (1976). Vê-se que utilizar energia não é apenas uma questão governamental,mas uma questão de manutençãoda vida no planeta, relacionada ao homem e ànatureza que o cerca. Estágios de desenvolvimento e consumo de energia Evidentemente, à medida que a nossa es- Alimentação Moradia e Indústria e Transportepécie foi se multiplicando e se apropriando do comércio agricultura Energia total consumida per capita (mil kcal/dia)espaço terrestre, as necessidades de energia 230 Homem tecnológicoaumentaram consideravelmente, sobretudo Homemporque dela passou a depender a vida sob con- 77 industrialdições adversas. Homem agrícola 20 avançado O gráfico de barras ao lado (Goldemberg,1998) mostra esse fato, indicando que, quanto Homem agrícola 12 primitivomais sofisticada a vida e maior sua qualidade,maior a necessidade de consumo de energia. 6 Homem caçador Do homem primitivo, que não conhecia o Homem 2 primitivofogo,até o homem tecnológico,o consumo diá-rio cresceu, em um milhão de anos, de 2000 kcal 0 50 100 150 200para quase 230 000 kcal. Esse aumento foi pro- Consumo diário per capita (mil kcal) 6
  7. 7. Energia e vidagressivo, acompanhando o refinamento da tecnologia desenvolvida pela humanidade para modificar omeio ambiente em seu benefício. Os recursos energéticos disponíveis na Terra, porém, são limitados. Conciliar esse fato com as neces-sidades humanas é, como dissemos, um grande desafio a ser enfrentado pela ciência moderna, indepen-dentemente das administrações e das ideologias. Além disso, não há como negar que o consumo de energia está relacionado com a qualidade de vida,conforme mostram os gráficos ilustrativos (Goldemberg, 1998) abaixo, em que a unidade de energia uti-lizada é a TEP (tonelada equivalente de petróleo), equivalente a107 kcal. Expectativa de vida, mortalidade infantil, alfabetização e taxa de fertilidade total como uma função da energia comercial consumida per capita 80 80 Média de 127 países para grupos de 10 países (mortes por 1000 nascimentos vivos) Mortalidade infantil 60 Expectativa de vida (anos) 60 40 40 20 20 Média de 127 países para grupos de 10 países 0 2 4 6 0 2 4 6 8 Uso da energia TEP per capita por ano Uso da energia TEP per capita por ano 80 10 Analfabetismo (% população adulta) Taxa de fertilidade total (TFT) 60 8 Omã Arábia Saudita Irã Líbia 6 40 Gabão Mongólia 4 Venezuela Kuwait 20 Trinidad e Tobago 2 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Uso da energia TEP per capita por ano Uso da energia TEP per capita por ano Concluindo, a energia é essencial à vida e fator de conforto e bem-estar. Democratizar esses bens, dis-tribuindo-a de modo eqüitativo, é responsabilidade de todos. 7
  8. 8. Energia: uso, geração e impactos ambientaisEnergia elétrica Como vimos, a energia é essencial para todas as atividades dos seres vivos e em particular para aqualidade de vida do homem moderno, a qual é indissociável do consumo energético nos trabalhosdomésticos, comerciais e industriais. Estes dependem de mecanismos de provimento de energia que variam conforme as formas de orga-nização da sociedade mas que tratam, igualmente, de converter a energia proveniente de fontes primárias– como o Sol, movimentos de massas de água e ar, petróleo, carvão e biomassa – em energia utilizável nocotidiano. Como normalmente as fontes de energia primária se localizam distante das regiões consumidoras,para transferi-la de um lugar para outro é comum convertê-la em energia num estágio intermediário, queé distribuída aos diversos pontos de consumo. Como exemplos desse estágio, podemos citar a energia obtida da queima de combustíveis e lenha, domovimento de rodas d’água e de pás de moinhos de vento, das turbinas das usinas hidrelétricas, entre outras. De todas as modalidades intermediárias num ciclo energético, a energia elétrica é aquela com quetemos maior familiaridade, por ser ela a mais usada – já que é a mais vantajosa. A vantagem vem da facili-dade de transformação, com poucas perdas, de energias primárias em elétrica e da facilidade da posteriortransferência desta para as regiões consumidoras. A figura abaixo (Goldemberg, 1998) ilustra um ciclo energético que utiliza o carvão como fonteprimária. O sistema energético: da extração até os serviços energéticos Modo de extração Mina de carvão Energia primária Carvão Energia primária Usina elétrica Energia secundária Eletricidade Tecnologias de distribuição Rede de eletricidade Energia final Eletricidade Tecnologias de uso final Lâmpada Serviços da energia Iluminação O estudo do uso da energia elétrica como modalidade intermediária costuma ser dividido em trêspartes:s Geração: transformação da energia primária em elétrica por indução eletromagnética, células foto- voltaicas ou eletrólise; 8
  9. 9. Energia elétricas Transmissão: transferência da energia elétrica do ponto de geração até a região consumidora;s Distribuição: transferência da energia elétrica ao usuário final.Geração Entendemos por geração de energia elétrica a transfor-mação de outra modalidade de energia em energia elétrica. Estapode ser obtida a partir:s do movimento: indução eletromagnética;s da luz: células fotovoltaicas;s da energia química: eletrólise. A maneira mais prática de gerar energia elétrica em quantidades consideráveis para consumo é fazeruso do fenômeno da indução eletromagnética. Descoberto por Faraday, ele é objeto de estudo detalhadono Eletromagnetismo, mas, para o que nos interessa aqui, basta que seja entendido como a capacidade deproduzir diferenças de potencial elétrico (ddp) e correntes elétricas a partir do movimento de peças con-dutoras, imersas em campos magnéticos. Os mecanismos de geração, em geral, são em corrente alternada, em freqüências correspondentes àsdos movimentos de rotação dos eixos dos geradores. Isso requer a obtenção de energia de movimento(cinética) para o eixo de uma turbina, pois o movimento dela é responsável pelo movimento de condu-tores em campos magnéticos, gerando a energia elétrica. Essa energia cinética deriva, predominante-mente, de três tipos de energia potencial:s da água (hidráulica): usinas hidrelétricas;s do petróleo e seus derivados, do carvão e do gás natural: usinas termelétricas;s dos combustíveis nucleares: usinas termonucleares. Da energia elétrica gerada mundialmente, cerca de 64% provêm de termelétricas, 19% de hidrelétri-cas e 17% de termonucleares. No Brasil, mais de 90% provêm de hidrelétricas. Também existem formas de energia alternativas, menos utilizadas, obtidas, por exemplo, a partir:s do movimento: eólica, oceânica;s da luz: placas de células fotovoltaicas;s de eletrólise: células de combustíveis.Transmissão A transmissão de energia elétrica pode ser feita em corrente con-tínua (CC) ou alternada (CA). Como vimos, a geração elétrica em usinas é em CA. Porém, se adistância envolvida na transmissão da energia é maior que 700 km, émais econômico transmiti-la convertida em CC. O gráfico seguinte(Reis & Silveira, 2000) traz uma comparação dos custos para CC e CA. 9
  10. 10. Energia: uso, geração e impactos ambientais Comparação de custo entre CC e CA Custo Corrente alternada Corrente contínua Comprimento da linha (km) Linha em CA Linha em CC mais econômica mais econômica Deve-se considerar, ainda, que para transportar grandes quantidades de energia são necessáriasddps altas, pois o processo envolve perdas, principalmente por efeito Joule. Minimizá-las para ddpsmenores implicaria utilizar condutores com bitolas enormes. Assim, de acordo com a distância a ser coberta pela rede, existem tensões de transmissãopadronizadas, sendo as mais utilizadas:s Alta Tensão (AT): 138 e 230 kVs Extra-Alta Tensão (EAT): 345, 440, 500 e 765 kVs Ultra-Alta Tensão (UAT): 1000 e 1200 kVDistribuição A distribuição é o estágio final do processamento daenergia elétrica para atender os usuários residenciais, co-merciais e industriais.Trata-se de um direito do cidadão, quecabe ao Estado preservar, direta ou indiretamente. Prover esse serviço implica padronizar equipamentoselétricos, construir redes nas áreas urbanas, operar e manterredes e equipamentos, garantir a segurança da população edo pessoal de instalação e manutenção. Para assegurar a distribuição da energia elétrica, é pre-ciso construir subestações com capacidade para captar aenergia necessária, proveniente da rede de transmissão, ediminuir as tensões para níveis padronizados. Em seguida,para prover seu uso aos consumidores, as tensões devem ser diminuídas mais uma vez, para níveis com-patíveis com seus aparelhos. Quem arca com os custos desse processo, bem como com os da exploração dele como negócio, é oconsumidor, de acordo com seu consumo – que, portanto, deve ser medido. O habitual é medi-lo em kWh, uma unidade de energia que é o produto da unidade de potência (kW)pela unidade de tempo (h) – embora a unidade oficial de energia, no Sistema Internacional (SI), seja o joule (J). 10
  11. 11. Geração de energia elétrica e meio ambienteModelo físico do Sistema Geração/Transmissão/Distribuição As partes envolvidas no uso da energia elétrica, que descrevemos brevemente, podem ser represen-tadas num modelo físico simplificado: Transmissão U = E – ri Geração Distribuição Visualizando o efeito da transmissão como o de uma resistência interna acrescida à geração, enten-demos que, quanto maior a distância entre a geração e o pólo consumidor, maiores as perdas envolvidasno processo.Geração de energia elétrica e meio ambiente A necessidade de energia, por efeito do crescimento populacional e do progresso industrial, aumen-ta a cada dia. Nos países em desenvolvimento, um crescimento populacional total de aproximadamente2% por ano é responsável por 50% do crescimento anual do consumo global de energia. Portanto é urgente construir usinas e viabilizar processos alternativos para ampliar a produção deenergia elétrica. Qualquer processo de geração e utilização de energia é, de alguma forma, nocivo à manutenção dascondições ambientais. Para o bom exercício da cidadania, é importante conhecermos alguns efeitos dosprincipais mecanismos de geração, transmissão e distribuição.Tipos de usinas e impactosConvencionaiss Usina hidrelétrica: provoca o alagamento de grandes regiões, com conseqüente modificação da fauna e da flora, e a inundação de cidades, ocasionando o deslocamento de populações. Acresce-se a isso o eventual mau uso da água, que é um bem de múltipla utilização, e a possibilidade de emissão de gás metano, pela decomposição orgânica gerada pelos alagamentos.s Usina termelétrica: a queima de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica produz CO2, agra- vando o efeito estufa e o aquecimento global.Também provoca a contaminação da atmosfera, do solo e da água pelas cinzas arrastadas pelo fluxo de gás. Além disso, os óxidos de nitrogênio e enxofre agravam enfermidades pulmonares, cardiovasculares e renais das populações residentes nas imediações. 11
  12. 12. Energia: uso, geração e impactos ambientaiss Usina termonuclear: além de envolver as questões vitais da segurança e do tratamento de resíduos nucleares, tem como importantes fatores negativos a emissão de CO2 e o aumento da temperatura dos cursos d’água empregados na refrigeração, prejudicando a biodiversidade local.Alternativass Eólica: produz nível elevado de poluição sonora, podendo provocar alterações auditivas na população das proximidades.s Oceânica: a construção de barragens pode mudar as cadeias alimentares locais, prejudicando a fauna e a flora. De todos os efeitos nocivos citados, o que parece mais grave é o da emissão de CO2 nas termelétricas,considerando-se que elas são responsáveis por 64% da matriz energética mundial. Podemos ter uma idéia daintensidade com que a produção de energia agrava o efeito estufa pelo gráfico abaixo (Goldemberg, 1998). Contribuição para o efeito estufa Desmatamento 9% Agricultura 14% Indústria Produção 4% de energia 56% CFCs 17%Desenvolvimento sustentável O fator mais relevante nos problemas ambientais decorrentes do uso da energia é o emprego decombustíveis fósseis na produção de eletricidade, no setor de transporte e na indústria. Resolver esse problema eliminando a causa evidentemente é uma tarefa muito difícil, pois os com-bustíveis fósseis respondem por mais de 90% do consumo atual de energia mundial. Entretanto nãoparece impossível, dadas as alternativas de fontes renováveis disponíveis hoje. Usar gás natural nas termelétricas é interessante, pois, em comparação com os combustíveis fósseis,emite metade do CO2 por kWh e praticamente não emite óxidos de enxofre e nitrogênio. Fazendas de produção de energia a partir de biomassa representam outra solução bastante con-vidativa, uma vez que o CO2 por elas emitido pode ser reabsorvido nos processos de fotossíntese e não háemissão de óxidos de enxofre e nitrogênio. Há ainda a energia solar, que pode ser utilizada como fonte quente nas termelétricas ou ser direta-mente convertida em elétrica, nas células fotovoltaicas. As desigualdades entre os países, no entanto, determinam diferenças não só no volume de energiaconsumido (os pobres consomem menos que os ricos), como também na forma de obtê-la: as melhores 12
  13. 13. Conclusãosoluções para a matriz energética dos países desenvolvidos, quando aplicadas ao contexto de países emdesenvolvimento, nem sempre serão ótimas. A questão energética influencia diretamente o desenvolvimento e o meio ambiente. Não podemosprivilegiar o primeiro provocando drásticos impactos no segundo. É nisso que se fundamenta o conceitode desenvolvimento sustentável, que defende não só a qualidade de vida atual, mas também a herançaa ser deixada para as gerações futuras, propondo a proteção e a manutenção dos sistemas naturais. Um passo significativo para a concretização desse conceito foi a Conferência de Estocolmo, em 1972,que enfatizou a questão ambiental e a convivência na Terra. Outro foi a ECO 92 ou Unced (United Nations Conference on Environment and Development), realizadano Rio de Janeiro, que frisou o problema da utilização de combustíveis fósseis na produção de energiadevido à emissão de CO2 e o conseqüente agravamento do efeito estufa. Mais recentemente, o Protocolo de Kyoto (1997) procurou restringir a emissão de CO2 dos países, su-gerindo o emprego de mecanismos para um desenvolvimento limpo. Para dar uma idéia dos reais responsáveis pelo efeito estufa e pela degradação ambiental, apresen-tamos a tabela abaixo, com o volume anual de CO2 emitido por diversos países. Emissão de CO2 (toneladas de CO2 per capita) Quantidade Países Entre 16 e 36 Estados Unidos e Austrália. Entre 7 e 16 Japão, Canadá, Rússia, Ucrânia, Polônia e África do Sul. Entre 2,5 e 7 União Européia, China, México, Chile, Argentina e Venezuela. Entre 0,8 e 2,5 Brasil, Índia, Indonésia, países da América Central e Caribe. Os Estados Unidos, um dos maiores emissores de CO2, posicionaram-se contra as medidas propostasno Protocolo de Kyoto, alegando que elas acarretariam uma redução drástica na sua economia, podendoprovocar recessão. Esse é um exemplo da tentativa suicida de manter a economia dos ricos à custa dadegradação da qualidade de vida de todos.Conclusão A introdução em larga escala de fontes renováveis de energia, embora desejável, não será fácil, pois oscombustíveis fósseis têm baixo preço de mercado, e essa é a preocupação que, infelizmente, aindaprevalece: quando calculamos o custo das diversas alternativas energéticas, não consideramos o custo dadegradação ambiental resultante de cada uma delas – exorbitante, no caso dos combustíveis fósseis. Além disso, alguns problemas ambientais devem ser encarados de maneira global, para que seimplantem soluções resultantes de cooperação internacional honesta e eqüitativa, não cabendo às popu-lações carentes o ônus da manutenção da riqueza alheia. Repensar a matriz energética é responsabilidade das administrações de todos os países. Fiscalizar assoluções é tarefa de toda a população, que, para isso, necessita de boa informação técnica e de um poucode cultura tecnológica. 13
  14. 14. Energia: uso, geração e impactos ambientaisExercícios1. Obtenha a relação de transformação de kWh para J.2. Considere uma lâmpada de 60 W, ligada 3 horas por dia. Qual seu consumo mensal em kWh? Qual seu consumo em J?3. Subir escadas equivale, aproximadamente, a manter acesas quantas lâmpadas de 100 W? (Considere 1cal = 4J).4. Quantos kWh por dia gasta o homem tecnológico? Quanto gastava o homem agrícola primitivo? (Considere 1cal = 4J.)5. Compare, aproximadamente, o consumo anual de energia per capita por ano de um país com mortali- dade infantil de 10 mortes por 1 000 nascimentos com outro de 40 mortes a cada 1 000 nascimentos.6. Considere os seguintes dados a respeito da energia elétrica no Brasil, fornecidos pelo IBGE: Custo por kWh R$ 0,18 Número de chuveiros elétricos 28 000 000 Número médio de pessoas por residência 3,6 Tempo médio para um banho 8 minutos Potência média do chuveiro 4 kW a) Considerando que cada pessoa toma um banho por dia, qual o consumo médio mensal de energia por residência? b) Compare o valor obtido no item anterior com os 100 kWh dados como limite pelos órgãos gover- namentais. c) Qual o consumo nacional anual em kWh, considerando apenas o gasto com banhos? d) Se uma residência tem, além do chuveiro, 3 lâmpadas de 100 W (1 hora por dia), uma geladeira de 300 W (8 horas por dia) e um ferro de passar roupa de 500 W (1 hora por dia), qual será o custo men- sal da conta, considerando que o consumo acima de 200 kWh é sobretaxado em 50%? e) Considerando que uma termelétrica emite 100 g de CO2 por kWh, quantas toneladas desse gás seriam emitidas por ano se toda a energia relativa a banhos do Brasil passasse a ser gerada dessa maneira?7. (Simulado-Anglo) Michael Faraday, em 1831, descobriu uma maneira muito simples de transformar energia mecânica em energia elétrica: fazer uma espira condutora girar convenientemente num campo magnético. Desde então, o uso da energia elétrica tornou mais fácil a arte de sobreviver, como atestam os aparelhos eletrodomésticos, incorporados ao nosso cotidiano. No Brasil, graças aos imensos recursos hídricos disponíveis, as quedas d’água são as principais fontes de energia. Quando um estudante liga um liqüidi- ficador para fazer um suco de frutas, deve saber que a energia cinética fornecida pelo aparelho passou pelos seguintes processos de transformação: a) potencial gravitacional – cinética – elétrica – cinética b) cinética – térmica – elétrica – cinética c) cinética – potencial gravitacional – elétrica – térmica cinética 14
  15. 15. Exercícios d) potencial gravitacional – térmica – cinética – elétrica c) potencial gravitacional – cinética – térmica – cinética8. (Simulado-Anglo) O aumento do uso do computador nas atividades industriais e de serviços, princialmente nos grandes centros urbanos, gerou uma demanda crescente de energia elétrica de boa qualidade. Essa qualidade pode ser medida, de modo geral, pelo número médio de interrupções de fornecimento, ao longo do ano, de uma dada fonte de distribuição. As figuras representam diagramas de qualidade para diversas fontes de energia ao longo do ano de 2001. Qual delas proporcionaria energia elétrica de melhor qualidade? a) Interrupções d) Interrupções 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mês 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mês b) Interrupções e) Interrupções 4 4 3 3 2 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mês 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mês c) Interrupções 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mês9. (ENEM) O resultado da conversão direta de energia solar é uma das formas de energia alternativa de que se dispõe. O Coletor aquecimento solar é obtido por uma placa escura Radiação solar Reservatório coberta por vidro, pela qual passa um tubo con- de água fria tendo água. A água circula, conforme mostra o esquema ao lado. Vidro Placa escura Reservatório de Água quente água quente para o consumo Fonte: Adaptado de PALZ,Wolfgang.Energia solar e fontes alternativas. Hemus, 1981. 15
  16. 16. Energia: uso, geração e impactos ambientais São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar: I. O reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor. II. A cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa. III. A placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficência. Dentre as afirmações acima, pode-se dizer que apenas está(ão) correta(s): a) I. b) I e II. c) II. d) I e III. e) II e III.10. (ENEM) A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. Abaixo está repre- sentado um esquema básico de uma usina de energia nuclear. Vapor Gerador Água Turbina Pilhas nucleares Condensador Bomba d’água Bomba d’água Rio Com relação ao impacto ambiental causado pela poluição térmica no processo de refrigeração da usina nuclear, são feitas as seguintes afirmações: I. O aumento na temperatura reduz, na água do rio, a quantidade de oxigênio nela dissolvido, que é essencial para a vida aquática e para a decomposição da matéria orgânica. II. O aumento da temperatura da água modifica o metabolismo dos peixes. III. O aumento na temperatura da água diminui o crescimento de bactérias e de algas, favorecendo o desenvolvimento da vegetação. 16
  17. 17. Exercícios Dessas afirmativas, somente está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III.11. (ENEM) O esquema abaixo mostra, em termos de potência (energia/tempo), aproximadamente, o fluxo de ener- gia, a partir de uma certa quantidade de combustível vinda do tanque de gasoilina, em um carro via- jando com velocidade constante. Energia dos hidrocarbonetos não queimados, energia Luzes, ventilador, térmica dos gases de escape e transferida ao ar ambiente gerador, direção, Energia 56,8 kW bomba hidráulica, etc. térmica 2,2 kW 3 kW Evaporação 1 kW Do tanque de gasolina 72 kW 71 kW Rodas Motor de 14,2 kW 12 kW Transmissão 9 kW combustão e engrenagens O esquema mostra que, na queima de gasolina, no motor de combustão, uma parte considerável de sua energia é dissipada. Essa perda é da ordem de: a) 80%. b) 70%. c) 50%. d) 30%. e) 20%.12. (ENEM) O Brasil, em 1997, com cerca de 160 ϫ 106 habitantes, apresentou um consumo de energia da ordem de 250 000 TEP (tonelada equivalente de petróleo), proveniente de diversas fontes primárias. O grupo com renda familiar de mais de vinte mínimos representa 5% da população brasileira e utiliza cerca de 10% da energia total consumida no país. O grupo com renda familiar de até três salários míni- mos representa 50% da população e consome 30% do total de energia. Com base nessas informações, pode-se concluir que o consumo médio de energia para um indivíduo do grupo de renda superior é x vezes maior do que para um indivíduo do grupo de renda inferior. O valor aproximado de x é: a) 2,1. b) 3,3. c) 6,3. d) 10,5. e) 12,7. 17
  18. 18. Energia: uso, geração e impactos ambientais13. (ENEM) As sociedades modernas necessitam cada vez mais de energia. Para entender melhor a relação entre desenvolvimento e consumo de energia, procurou-se relacionar o Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) de vários países com o consumo de energia nesses países. O IDH é um indicador social que considera a longevidade da população, o grau de escolaridade, o PIB (Produto Interno Bruto) per capita e o poder de compra. Sua variação é de 0 a 1. Valores do IDH próxi- mos de 1 indicam melhores condições de vida. Tentando-se estabelecer uma relação entre o IDH e o consumo de energia per capita nos diversos países, no biênio 1991-1992, obteve-se o gráfico abaixo, em que cada ponto isolado representa um país, e a linha cheia, uma curva de aproximação. 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 IDH 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Consumo de energia per capita (TEP/capita)* Fonte: GOLDEMBERG, J.Energia Meio Ambiente e *TEP: tonelada equivalente de petróleo Desenvolvimento. São Paulo, Edusp, 1998. Com base no gráfico, é correto afirmar que: a) quanto maior o consumo de energia per capita, menor é o IDH. b) os países onde o consumo de energia per capita é menor que 1 TEP não apresentam bons índices de desenvolvimento humano. c) existem países com IDH entre 0,1 e 0,3 com consumo de energia per capita superior a 8 TEP. d) existem países com consumo de energia per capita de 1 TEP e de 5 TEP que apresentam aproxima- damente o mesmo IDH, cerca de 0,7. e) os países com altos valores de IDH apresentam um grande consumo de energia per capita (acima de 7 TEP). 18
  19. 19. BibliografiaBibliografia Goldemberg, J. Energia, Meio Ambiente e Desenvolvimento. São Paulo, Edusp, 1998. Reis, L. B. e Silveira, S. Energia Elétrica para o Desenvolvimento Sustentável. São Paulo, Edusp, 2 000. Jornal O Estado de S. Paulo – edições de 26/5/01, 27/5/01 e 22/7/01. Revista Época – edição de 14/2/2001. Revista Engenharia – edição nº 545/2001, ano 58. -Respostas dos Exercícios 1. 1kWh = 3,6 ϫ 106 J. 2. 5,4 kWh ; 19,44 ϫ 106 J. 3. 11 lâmpadas. 4. Homem tecnológico: 255 kWh; homem agrícola primitivo: 13,3 kWh. 5. A energia gasta, per capita, em um país de 10 mortes por 1 000 nascimentos é três vezes maior que a gasta por um de 40 mortes por 1 000 nascimentos. 6. a) 57,6 kWh. b) 57,6% do total proposto são gastos só com banhos,sobrando 42,4 kWh para o restante das atividades. c) 1,9 ϫ 1010 kWh. d) R$ 27,65, desconsiderando-se os impostos. e) 1,9 ϫ 106 toneladas. 7. A 8. E 9. E10. D11. A12. B13. D 19

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