Obtenção de EnergiaObtenção de EnergiaTermelétrica e HidrelétricaTermelétrica e Hidrelétrica

Usinas HidrelétricasUsinas Hidrelétricas• Breve Histórico: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 ProduçãoCapacidade de Produção

Hidreletricidade no mundo: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.

Resumo da Hidreletricidade no BrasilUsinas Potência (Kw) %Itaipu 14.000.000 20 B e 95 P

Belo Monte (projeto)

11.000.000 17

Tucuruí 8.300.000 12

ConstruçãoConstrução• 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.

ProduçãoProdução• 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 AmbientaisImpactos 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.

AspectosAspectosPOSITIVOS 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 ProdutoresMaiores Produtores

Usinas TermelétricasUsinas Termelétricas• Breve Histórico: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 ProduçãoCapacidade de Produção

Termeletricidade no mundo: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.

ConstruçãoConstrução• 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.

ProduçãoProdução• 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 AmbientaisImpactos 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.

AspectosAspectos

POSITIVOS NEGATIVOSConstrução fácil e apenas

onde é necessária, diminuindo a perda de

energia.

Impactos ambientais.

Possibilidade do uso do gás natural, que é menos

poluente.

Alto custo do combustível.

Não depende das condições climáticas para

a produção.

Combustível não renovável que um dia se

esgotará.

Razões EconômicasRazões 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 ProdutoresMaiores Produtores

• Brasil e América do Sul:Termo Rio – Duque de Caxias / RJcapacidade 1040Mw (movida a gás natural)

• No mundo:Xinhua – Zhejiang / Chinacapacidade 4000Mw (movida a carvão)

Energia Mecânica na naturezaEnergia Mecânica na natureza• EnergiaEnergia é a capacidade de executar um trabalho.• Energia mecânica (EM) 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... Potencial... deriva da posição de uma partícula.

Cinética... Cinética... deriva do movimento de uma partícula.Mecânica... Mecânica... soma das duas anteriores.Química... Química... deriva da ligação entre os átomos.Nuclear... Nuclear... da formação dos átomos.Eletromagnética... Eletromagnética... associada ao magnetismoRadiante... Radiante... que se irradia como a solar

PotencialPotencial• Energia Potencial (Ep) 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 Epg = P.h = m.g.h • Energia Potencial Elástica (Epel);Corresponde ao trabalho que a força Elástica realiza.

Epel = Epel = k.x²k.x² 2 2

CinéticaCinética

• É a energia ligada ao movimento dos corpos. Resulta da transferência de energia do sistema que põe o corpo em movimento.

Ec = Ec = m.v²m.v² 22

• "O trabalho da força resultante é medido pela variação da energia cinética."

ττR R = ∆Ec = Ec= ∆Ec = Ec11 - Ec - Ec22

Energia MecânicaEnergia Mecânica• A energia mecânica de um corpo é igual a soma das energias

potenciais e cinética dele.Em = Ep + EcEm = 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:

EmEmii = Em = Emff

Energia QuímicaEnergia 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.

NuclearNuclear• 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.

EletromagnéticaEletromagnética• 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 RadianteEnergia 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 EnergiaTransformações 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 EnergiaConservação de Energia• 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 EnergiaDissipação 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.

BibliografiaBibliografia

• www.ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/html• www.wikipedia.org/wiki/Usina_termoelétrica• www.infoescola.com.br• www.sobiologia.com.br