Obtenção de Energia
Termelétrica e Hidrelétrica
Usinas Hidrelétricas
• Breve Histórico:
• O uso da força das águas para gerar energia é bastante antigo e
começou com a utilização das chamadas “noras”, ou rodas d’água do
tipo horizontal, que através da ação direta de uma queda d’água
produz energia mecânica e são usadas desde o século I a.C.
• A partir do século XVIII, com o surgimento de tecnologias como o
motor, o dínamo, a lâmpada e a turbina hidráulica, foi possível
converter a energia mecânica em eletricidade.
• Mas o acionamento do primeiro sistema de conversão de hidroenergia
em energia elétrica do mundo ocorreria somente em 1897 quando
entrou em funcionamento a hidrelétrica de “Niágara Falls” (EUA)
idealizada por Nikola Tesla com o apoio da Westinghouse. De lá para
cá o modelo é praticamente o mesmo, com mudanças apenas nas
tecnologias que permitem maior eficiência e confiabilidade do sistema.
Capacidade de Produção
Resumo da Hidreletricidade no Brasil
Usinas
Potência (Kw)
%
Itaipu
14.000.000
20 B e 95 P
Belo Monte
11.000.000
17
(projeto)
Tucuruí
8.300.000
12
Hidreletricidade no mundo:
Cerca de 20% da energia elétrica gerada no mundo todo é
proveniente de hidrelétricas. Três Gargantas, sendo construída na
China será a maior do mundo e terá uma capacidade de produzir 85
bilhões de KWh.
Construção
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É necessário estudar muito bem o regime de um rio antes de começar a edificação de uma
usina.
Se uma usina hidrelétrica for projetada para trabalhar com a vazão mínima, nas cheias ela
se inundará e desperdiçará muita água; se, ao contrário, for projetada para aproveitar as
cheias, suas turbinas ficarão quase paralisadas no período das secas.
Os rios mais adequados para a construção de hidrelétricas são os dotados de maiores
desvios, mas são justamente estes os mais sujeitos a grandes variações da vazão.
A regularização do regime de um rio só é possível com a construção de barragens sólidas,
de modo a poder fechar o leito do rio.
A montagem e a utilização das barragens devem atender a cálculos e precauções
excepcionais.
Ao construir-se uma represa, são colocados em seu corpo diversos termômetros, que
medem a temperatura a distância.
Desviada a água, ela penetra em tubos de grande diâmetro, chamadas tubos de carga,
através dos quais desce até chegar às turbinas, cujas paletas ela irá movimentar. As
turbinas em geral são montadas no mesmo eixo do dínamo, de forma que o movimento
provocado pela energia mecânica de água no rotor da turbina resultará em eletricidade no
gerador. A água depois volta ao rio, através dos canais de descarga.
Produção
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A energia hidrelétrica é a obtenção de energia elétrica através do aproveitamento
do potencial hidráulico de um rio. Para que esse processo seja realizado é
necessária a construção de usinas em rios que possuam elevado volume de água e
que apresentem desníveis em seu curso.
A força da água em movimento é conhecida como energia potencial gravitacional,
essa água passa por tubulações da usina com muita força e velocidade, realizando a
movimentação das turbinas. Nesse processo, ocorre a transformação de energia
potencial gravitacional (energia da água) em energia mecânica, cinética,
(movimento das turbinas). As turbinas em movimento estão conectadas a um
gerador, que é responsável pela transformação da energia mecânica em energia
elétrica.
Normalmente as usinas hidrelétricas são construídas em locais distantes dos
centros consumidores, esse fato eleva os valores do transporte de energia, que é
transmitida por fios até as cidades.
A eficiência energética das hidrelétricas é muito alta, em torno de 95%. O
investimento inicial e os custos de manutenção são elevados, porém, o custo do
combustível (água) é nulo.
Impactos Ambientais
• Os impactos ambientais provocados pela construção de uma usina
hidrelétrica são irreversíveis. Apesar das usinas hidrelétricas utilizarem um
recurso natural renovável e de custo zero que é a água, "não poluem" o
ambiente, porém alteram a paisagem, ocorrem grandes desmatamentos
provocam prejuízos à fauna e à flora, inundam áreas verdes, além do que
muitas famílias são deslocadas de suas residências, para darem lugar à
construção dessa fonte de energia.
• Durante a construção de uma usina hidrelétrica muitas árvores de
madeira de lei são derrubadas, outras são submersas, apodrecendo
debaixo d'água permitindo a proliferação de mosquitos causadores de
doenças. Muitos animais silvestres morrem, por não haver a possibilidade
de resgatá-los. Tudo isso em nome do desenvolvimento e conforto. Uma
usina hidrelétrica leva em média 10 anos para ser construída e tem vida
útil em média de 50 anos.
Aspectos
POSITIVOS
NEGATIVOS
É uma energia limpa, ou seja, não emite gases
poluentes da queima de combustível
Para fazer uma hidrelétrica é necessário fazer um lago artificial, o que inunda
grandes áreas de biomas naturais (florestas, savanas…)
Não há gasto com combustível
Pode aumentar o nível do rio por causa do represamento.
É uma fonte de energia barata.
Altera levemente alguns detalhes no ambiente como a umidade e o ciclo das
chuvas o que pode causar problemas ao ecossistema local.
No Brasil, por exemplo, é uma boa opção por causa
da quantidade de recursos fluviais disponíveis com
grande vazão e por causa dos vários acidentes
geográficos (montanhas, cachoeiras…).
É necessária a mudança de local das pessoas que moram nos territórios que
sediarão a usina. No Brasil mais de 330 mil pessoas já saíram de suas casas
por esse motivo.
É uma energia renovável, ela se renova
eternamente, assim não há preocupações com o seu
esgotamento.
Em alguns casos é necessário mudar o curso natural do rio o que pode
prejudicar ecossistemas.
Devido à decomposição da vegetação submersa são emitidas consideráveis
quantidades de metano que contribui 21 vezes mais com o aquecimento
global que o metano.
Maiores Produtores
Usinas Termelétricas
• Breve Histórico:
• A energia térmica começou a ser utilizada para o preparo
de alimentos, utilizando-se a madeira para a queima.
• Novos conhecimentos sobre energia surgiram, e o carvão
passou a ser utilizado como combustível.
• O petróleo foi em seguida descoberto, e seus derivados
passaram a substituir o carvão mineral como combustível.
• Hoje, outras técnicas, como a queima de hidrocarboneto,
são utilizadas para a produção da energia.
• Novas técnicas não poluentes estão sendo buscadas.
Capacidade de Produção
Termeletricidade no mundo:
As usinas térmicas não são propriamente eficientes, em
algarismos sua produção global é cerca de 38%, isto é,
apenas aproximadamente 38% da energia térmica colocada
na usina pelo combustível torna-se aproveitável.
Construção
• As termelétricas são de construção relativamente fácil,
pois ao contrário das hidrelétricas, não necessitam de um
rio com desnível nem alagar territórios.
• Podem ser construídas somente onde são necessárias,
diminuindo a perda de energia nas linhas de transmissão.
• Necessitam ser construídas próximas às fontes de
combustível utilizado.
• No Brasil apenas RS e SC possuem jazidas de carvão.
Portanto, os outros estados necessitam utilizar um dos
outros combustíveis para a produção de energia.
• Existem 4 tipos desta usina, de acordo com o combustível
utilizado:
• A OLÉO, a CARVÃO, NUCLEAR e a GÁS.
Produção
• O combustível utilizado é extraído
da sua fonte, transportado até a
usina e armazenado.
• Na usina, uma caldeira com água é
aquecida com a queima do combustível.
• A água se transforma em vapor sob
forte pressão dentro da caldeira.
• O vapor move uma turbina e depois é liberado na atmosfera
ou reaproveitado através do condensador.
• A turbina move um eixo que pertence à um gerador.
• O gerador produz a energia elétrica.
• A energia passa por um transformador e é conduzido aos
consumidores através de linhas de transmissão.
Impactos Ambientais
• A liberação do CO2 aumenta o efeito estufa.
Também contribui para o aumento das
ocorrências de chuvas ácidas.
• O calor extraído da usina é liberado em rios ou
mares, aumentando a temperatura das águas.
• Cinzas liberadas pelas chaminés acabam caindo
e poluindo águas, florestas e cidades das
redondezas.
• Nas termelétricas movidas à energia nuclear, há
o problema do lixo/resíduo atômico.
Aspectos
POSITIVOS
NEGATIVOS
Construção fácil e apenas
Impactos ambientais.
onde é necessária,
diminuindo a perda de
energia.
Possibilidade do uso do Alto custo do combustível.
gás natural, que é menos
poluente.
Não depende das
Combustível não
condições climáticas para renovável que um dia se
a produção.
esgotará.
Razões Econômicas
• Necessidade de mais energia, sem a possibilidade de
uma hidrelétrica.
• Baixo custo de construção.
• Mesmo sem escassez de energia, o Estado pode
construir a usina e vender essa energia à países
vizinhos.
• A produção de energia pode ser a partir de um
combustível do qual a região é rica, não sendo
necessário comprar fora.
Maiores Produtores
• Brasil e América do Sul:
Termo Rio – Duque de Caxias / RJ
capacidade 1040Mw (movida a gás natural)
• No mundo:
Xinhua – Zhejiang / China
capacidade 4000Mw (movida a carvão)
Energia Mecânica na natureza
• Energia é a capacidade de executar um trabalho.
• Energia mecânica (EM) é aquela que acontece devido ao
movimento dos corpos ou armazenada nos sistemas físicos.
• Na natureza existem 7 tipos de (EM):
Potencial... deriva da posição de uma partícula.
Cinética... deriva do movimento de uma partícula.
Mecânica... soma das duas anteriores.
Química... deriva da ligação entre os átomos.
Nuclear... da formação dos átomos.
Eletromagnética... associada ao magnetismo
Radiante... que se irradia como a solar
Potencial
• Energia Potencial (Ep) é a energia que pode ser armazenada em
um sistema físico e tem a capacidade de ser transformada em
energia cinética.
• Conforme o corpo perde energia potencial ganha energia cinética
ou vice-versa. Subdivide-se em 2:
• Energia Potencial Gravitacional (Epg);
É a energia que corresponde ao trabalho que a força Peso realiza.
Epg = P.h = m.g.h
• Energia Potencial Elástica (Epel);
Corresponde ao trabalho que a força Elástica realiza.
Epel = k.x²
2
Cinética
• É a energia ligada ao movimento dos corpos. Resulta
da transferência de energia do sistema que põe o
corpo em movimento.
Ec = m.v²
2
• "O trabalho da força resultante é medido pela
variação da energia cinética."
τR = ∆Ec = Ec1 - Ec2
Energia Mecânica
• A energia mecânica de um corpo é igual a soma das energias
potenciais e cinética dele.
Em = Ep + Ec
• Qualquer movimento é realizado através de transformação de
energia, por exemplo, quando você corre, transforma a energia
química de seu corpo em energia cinética. O mesmo acontece
para a conservação de energia mecânica.
• Quando não são consideradas as forças dissipativas (atrito,
força de arraste, etc.) a energia mecânica é conservada, então:
Emi = Emf
Energia Química
• A energia química é uma energia baseada na força de
atração e repulsão nas ligações químicas, presente na
matéria que forma tudo que esta à nossa a volta,
inclusive o nosso corpo.
• Essas ligações são estáveis em condições normais. Elas
condições são, entre outras coisas, temperatura
ambiente, pressão normal e outros fatores que formam a
condição “normal” do ambiente onde vivemos.
• Para que se haja a utilização da energia química, é
preciso que haja uma interferência externa forte o
suficiente para que se rompam essas ligações.
• Quando acontece esse rompimento, a energia liberada
pode se manifestar de várias formas diferentes. Elas
podem ser liberadas em forma de calor, luz e ainda
muitas outras formas.
Nuclear
• Outra grande forma de energia é a nuclear - energia presa dentro do
núcleo de cada átomo. Uma das leis da natureza é que a energia não pode
ser criada nem destruída, mas apenas mudar a forma. A massa dos corpos
pode ser transformada em energia.
• O cientista Albert Einstein criou a seguinte fórmula matemática: E=mc²,
significa que a energia (E) é igual á massa (m) vezes a velocidade da luz (c)
ao quadrado. Os cientistas usaram a fórmula de Einstein para descobrir a
energia nuclear e construir bombas atômicas.
• A fissão nuclear consiste em separar o núcleo de um átomo.
A separação do núcleo gera energia luminosa e calorífica.
• A fusão nuclear significa juntar vários núcleos para formar um só.
O sol usa a fusão nuclear do hidrogênio para obter o hélio; neste processo
liberta-se luz e calor.
• Por todo o mundo, cientistas têm tentado controlar a fusão nuclear de
forma a que esta constitua uma fonte de energia menos dispendiosa.
Eletromagnética
• Está associada aos fenômenos eletromagnéticos: a
eletricidade, o magnetismo e a radiação eletromagnética
(luz). Exemplo do seu uso: nas nossas casas a energia elétrica
é convertida em trabalho pelos eletrodomésticos
(normalmente através de motores que usam o princípio da
indução eletromagnética) ou em luz pelas lâmpadas, entre
diversas outras formas de uso em que esta forma de energia é
convertida em outra.
Energia Radiante
• É a energia associada à radiação eletromagnética: luz, as ondas de
rádio e os raios de calor (infravermelhos). O calor radiante não é o
mesmo que a variante de energia cinética chamada de «energia
térmica», mas quando os raios infravermelhos atingem um objeto
fazem com que as suas moléculas se movam mais depressa,
convertendo-se energia térmica.
• A luz também se comporta como uma onda, diferente do som, ela
atravessa perfeitamente o vácuo, a luz visível do sol chega até nós
em muitas cores (violeta, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho),
que representam a luz de diferentes comprimentos de onda. O
homem não usa mais apenas os olhos para vasculhar o cosmo,
rádio telescópios observam o cosmos em comprimentos de onda
que não podemos ver.
Transformações de Energia
•
Energia elétrica em térmica: quando usamos o
chuveiro elétrico, água é aquecida, ou quando usamos o ferro
elétrico ou no uso de aquecedores.
•
Energia elétrica em luminosa: quando acendemos
uma lâmpada ou quem sabe a luz que está sendo refletida aí
na tela do seu computador;
•
Energia química em mecânica: esta transformação
é vista quando corremos ou andamos ou qualquer contração
muscular;
•
Energia química em elétrica: acontece quando por
exemplo acionamos a bateria de uma carro, ou o que acontece
com o peixe poraquê (Electrophorus electricus), este peixe pode
emitir até 200 volts de energia elétrica.
•
Energia química em luminosa: essa conversão é vista
em alguns peixes de águas profundas, algas e nos vaga-lumes.
•
Energia cinética em elétrica: na queda d’água a
energia faz girar as turbinas nas usinas hidrelétricas.
•
Energia solar em elétrica: é o que acontece através de
placas, células fotovoltaicas, que captam essa energia
transformando-a em eletricidade.
Conservação de Energia
•
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A energia conserva-se num sistema isolado.
O que isto quer dizer? inicialmente, calcularmos o valor total da energia, e depois
alguma alteração ou transformação ocorrer no sistema, quando calcularmos outra
vez o valor total da energia, este valor será o mesmo que o inicial.
Caso contrário, existiu troca de energia e o sistema não é isolado.
Tal como, num jogo de xadrez, o bispo num quadrado preto, após algumas
jogadas, quaisquer que sejam, permanece num quadrado preto. Tal como, a
quantidade de água numa garrafa fechada, permanece constante, caso contrário
significa que tem um furo.
Nos sistemas reais, existe geralmente uma conversão irreversível em tipos de
energia que podemos apelidar de “menor qualidade”, cujo processo designamos
por dissipação de energia. Sistemas onde isto acontece, chamam-se Sistemas Não
Conservativos ou Dissipativos. De fato, a energia conserva-se sempre, mas uma
das suas quantidades é de cálculo difícil e irreversível, pelo que pode ser
considerada como uma perda.
Dissipação de Energia
• Nas transferências de energia entre dois sistemas, há sempre ou quase
sempre "perdas" de energia, embora estas sejam, por vezes, tão
pequenas que são desprezadas.
• Efetivamente, e de um modo geral, nem toda a energia transferida é
utilizada. A energia que não é aproveitada diz-se que é dissipada, não
podendo, por este motivo, ser mais utilizada.
• Ao longo dos anos tem-se verificado uma contínua degradação da
energia, ou seja, um aumento da quantidade de energia dissipada,
embora, cada vez mais, se procurem formas de minimizar essas perdas.
• Contudo, a energia nunca desaparece, seja qual for a transformação que
ocorra. A energia não é destruída nem criada pelos sistemas, apenas se
transforma e/ou transfere entre sistemas.
Bibliografia
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www.ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/html
www.wikipedia.org/wiki/Usina_termoelétrica
www.infoescola.com.br
www.sobiologia.com.br