Esamc

Jose Gentil

Iris Dias

Patrícia Mello

Rayane Gomes

Leonardo Fonseca

Juliana Jorge

Sustentabilidade:

Energias Limpas – Energia dos mares e marés.

Santos – São Paulo

2013

Jose Gentil

Iris Dias

Patrícia Mello

Rayane Gomes

Leonardo Fonseca

Juliana Jorge

Sustentabilidade:

Energias Limpas – Energia dos mares e marés.

Trabalho apresentado a disciplina de

Introdução a Engenharia, do curso de

Engenharias do 1º semestre, do período

noturno, da ESAMC. Proposta apresentando

o conceito de sustentabilidade, e as formas

de obtenção e transformação das energias

renováveis.

Professor: Alessandro Borraschi

Santos – São Paulo

2013

Aos alunos envolvidos que prestaram apoio na execução e elaboração do

projeto.

A todas as pessoas que participaram direta e indiretamente, colaborando,

sem ter de receber nada em troca.

Agradecimentos

A Deus, por ter criado tudo o que foi necessário para a execução e criação de

nosso experimento, também, nos irrigando sabedoria e paciência.

As ferramentas de comunicação, Google e You Tube, que contribuíram sobre

o esclarecimento do funcionamento de experimentos. Aos físicos, químicos, e loucos

que acreditaram que obter energia de forma limpa e renovável seria possível.

Em especial ao grupo, a aqueles que se dedicaram de verdade em pesquisar

e entender sobre o assunto abordado, agregando mais conhecimento a nossa

grande e incompleta sabedoria.

Epigrafe

"Não sabendo que era impossível, ele foi lá e fez".

 (Jean Cocteau, artista francês).

Resumo

A pesquisa desenvolvida sobre o tema de sustentabilidade traz inúmeras vertentes

significativas em relação aos ganhos que este conceito agrega a nossa vida, e em

nosso cotidiano. Será possível perceber que existem inúmeros países em busca de

soluções para o estabelecimento do uso racional de nossos recursos naturais, e

junto a este aspecto é criada uma grande abertura a P & D que caracterizam

projetos inovadores de obtenção de energia limpa e renovável. O protótipo

apresentado considera o modelo de obtenção da energia dos mares, junto ao

conceito dos campos magnéticos e geração de corrente elétrica. Através do

movimento de das ondas, o protótipo ativa sua base movimentando-se de baixo para

cima. Desta forma o imã penetra a bobina, e conduz corrente elétrica até o

multímetro.

Palavras Chave: Sustentabilidade; Energia das marés; Energia dos mares; Campo

Eletromagnético e Princípios físicos.

SUMÁRIO

1 Introdução 09

2 Sustentabilidade 10

2.1 O que é sustentabilidade 10

2.2 A sustentabilidade e as fontes de energias renováveis. 11

3 A energia dos mares 15

3.1 Um oceano de oportunidades 15

3.2 O potencial energético dos mares 17

4 O processo de captação e geração de energia 19

5 Projeto: Geração de corrente elétrica a partir do movimento das

ondas

22

6 Conclusão 24

7 Bibliografias 25

1 - INTRODUÇÃO:

Os conceitos de sustentabilidade são amplamente falados atualmente, e para que

seus princípios sejam cumpridos algumas ações vem sendo tomadas para minimizar

os impactos ambientais em nosso planeta.

A busca de fontes de energias renováveis se faz cada vez mais forte, impulsionada

pela pesquisa e desenvolvimento aplicada em regiões chave, assim como pela

necessidade da substituição do uso de combustíveis fosseis, por energias limpas.

A energia proveniente dos mares provém de grande potencial energético, embora

ainda não seja explorada em toda sua grandeza.

Países desenvolvem tecnologias para a obtenção desta energia renovável e

inesgotável, compartilham informações, e transformam projetos em realidade.

2. SUSTENTABILIDADE

2.1. O que é sustentabilidade.

A sustentabilidade tenta por meio do social, ambiental e cultural, estruturar as

atividades humanas, para que tais possam suprir a necessidade do maior

potencial presente, sem deixar de preservar a biodiversidade e os ecossistemas

naturais. Sua aplicabilidade é vasta, seu uso pode ser aplicado desde em

grandes empresas, a pequenas comunidades. No início de 1980, Lester Brown,

introduziu o conceito de sustentabilidade. Ele criou uma espécie de comunidade

sustentável, tendo capacidade de satisfazer as necessidades, sem reduzir

oportunidades.

Em uma entrevista a rede de tecnologia social, RTS, Lester Brown fala a respeito

da sustentabilidade nas grandes corporações.

“As corporações precisam reconhecer que seu futuro é inseparável do futuro da civilização e que elas também são responsáveis pela manutenção da vida na Terra. Devem, portanto, contribuir com a construção de uma economia global sustentável. Sem isso, vamos enfrentar um colapso. Nenhuma companhia terá lucro avançando na escalada rumo à destruição. Precisamos rever rapidamente a economia global e particularmente a matriz energética por meio de políticas econômicas que reestruturem taxas e pressionem o mercado a contar a verdade ambiental”

Como apontado, Brown tinha visão estratégica de manutenção para as

corporações, pois sabia que, se tais não usassem a sustentabilidade como meio

de oportunidades, levariam a um desastre ecológico. As corporações

necessitam de adaptação a certos “impactos indiretos”, causados no meio

ambiente. A ideia é: inserir a sustentabilidade e aplica – lá de forma a

economizar custos, através do uso de energias limpas e renováveis, como

energias solares, eólicas e energia dos mares, a fim de obter vantagens, sem

denegrir o meio ambiente.

2.2 A sustentabilidade e as fontes de energias renováveis.

A sustentabilidade também estrutura meios de aplicabilidade sustentável, neste

aspecto podemos citar as energias renováveis. Energias renováveis são fontes

limpas, e que nao necessitam diretamente de combustiveis fosseis. As emissoes

de co2 tambem são desprezadas. Atualmente as mais conhecidas são: energia

solar, através de placas fotovoltaicas, energia eólica, através de aerogeradores,

energia dos mares, através de hidroelétrica, entre outras. As fontes renováveis

de energias surgiram da necessidade de se encontrar fontes de energia que não

agradissem demasiadamente o meio ambiente, sem deixar de pensar no

desenvolvimento tecnológico industrial. Com a aplicação dos recursos de

energias limpas, reduzimos os níveis de emissão de poluentes, podemos

relacionar a diminuição de custos em cadeias produtivas, ganho em relação à

qualidade de vida, entre outros beneficios que estão diretamente ligados a estas

ações. Podemos verificar tambem o aumento da utilização dos recursos ligados

aos combustíveis fosseís. A U.S Energy Information Administration (IEA) realizou

um levantamento onde podemos ver claramente a aumento do consumo de

combustiveis fosseís, em paralelo ao aumento das emissoes de co2.

Figuras 1.1 – Consumo de Gas Natural no Brasil – Bilhões de Toneladas

Figuras 1.2 – Consumo de Petroleo no Brasil – Barris Dia

Figuras 1.3 – Emissão de CO2 no Brasil – Milhões de Toneladas

Figuras 1.4 – Consumo de Combustiveis x Emissão de CO2 no Brasil

Nos ultimos vinte anos o consumo dos combuistiveis fosseis quase triplicou, e a

dependencia sobre estes combustiveis e produtos tornou-se permanente.

Com o advindo do aquecimento global, gerou-se a necessidade de observar mais

criteriosamente essa dependencia, e as organizações e pessoas iniciam, apos a

decada de 90, a tomar conhecimento e ações para redusir estes impactos.

O conceito da sustentabilidade acaba sendo uma grande vantagem e muda o

raciocinio de algumas empresas e companhaias a respeito. Em relação a uso

destes conceitos em corporações e pelo fato que as indústrias têm uma grande

parcela deste impacto ambiental desastroso, atualmente vem se utilizando cada

vez mais o conceito de energia limpa, que aos poucos está vindo substituir

antigas fontes de energias como o petróleo por exemplo. As energias renovaveis

ainda não são uma das principais fontes de energia, mais com os aumentos de

investimento, pesquisa e desenvolvimento, tem conseguido se destacar, em

relação a alguns combustíveis fosseis.

3. A ENERGIA DOS MARES

3.1 Um oceano de oportunidades

Em meio a tantas questões que envolvem o meio ambiente, a sustentabilidade, o

uso consciente de recursos naturais, a redução das emissões de CO2, e tantas

outras coisas, vem numa crescente o conceito de utilização e obtenção de energias

limpas e renováveis.

Neste sentido, é desenvolvido em diversos países as mais diferentes formas de

captação e utilização de energias como a energia solar, energia eólica, energia

geotérmica, entre muitas outras.

Um dos maiores potenciais energéticos que temos bem a nossa frente, e que ainda

é pouquíssimo explorado é o mar. Cerca de 71% da superfície terrestre é coberta

pelos mares. O site UNRIC.ORG diz:

“Os mares e os oceanos representam 71% da superfície da Terra,

isto é, 360 milhões de km2, e 97% dos recursos hídricos do planeta.

São uma fonte abundante de recursos biológicos e naturais,

comparável ou mesmo superior às florestas tropicais. Constituem

também um recurso económico e uma reserva energética...”

Cunha e Onofrei, do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), realizaram

um estudo sobre o potencial de invenções, ou seja, patentes que poderiam ser

explorados sobre a energia dos mares, e também sobre os diversos tipos de

tecnologia que poderiam ser elaboradas apenas para a aplicação de obtenção da

energia oceânica.

Figura

Estado tecnológico da Energia Oceânica (Fonte: Jahangir Khan, et al., 2008)

Tabela

MARINE RENEWABLE RESOURCES Resources¹ Power (TW) Energy Density (m)

Ocean Currents 0.05 0.05 Ocean Waves 2.7 1.5 Tides 0.03 10 Thermal Gradient 2.0 210 Salinity Gradient 2.6 240

(Fonte: G.L. Wick and W.R. Schmitt, 1977, de A.T. Jones W. Finley)

A tabela demonstra que as tecnologias mais abordadas e estudadas estão

diretamente envolvidas as correntes marítimas e ondas do mar, sendo que as ondas

do mar correspondem a maior geração de força, atingindo até 2.7 TW²

¹Correntes oceânicas; Ondas do mar; Marés; Gradiente térmico; Gradiente de salinidade

²Unidade de Medida correspondente a 1000 vezes o Gigawatt, ou ainda 4000 vezes o Watt

3.2 O potencial energético dos mares

A maior parte do planeta é coberta por agua, e esta agua esta viva, se movimenta, e

possui potenciais inexplorados, que podem gerar ótimos recursos energéticos para o

longo prazo.

O mar e seus movimentos envolvem uma serie de fatores que o afirmam como

grande potencializado energético. Estes fatores estão diretamente relacionados com

a interação dos campos gravitacionais criados através da lua e sol, gerando assim a

energia entre as marés. Podemos citar a energia gerada a partir do aquecimento das

aguas em função doa radiação solar, conhecida como energia térmica marítima,

ainda a energia desprendida da formação das correntes marítimas, e, todavia, a

energia gerada a partir da ação do vento ao incidir sobre a agua e gerar as ondas.

Fernandes (2010) menciona que, a partir dos estudos destes fatores, foi possível

listar uma media global que identifica a potência media da energia das ondas,

encontrando-as entre latitudes de 30º e 60º.

Figura - Distribuição da potência média da energia das ondas no globo terrestre

(em kW/m)

Fonte : Gonçalo Fernandes Beirão, Protótipo de um Gerador Linear para Aproveitamento de Energia das Ondas num Sistema AWS, 2010

Com as observações de variação de latitudes, temos alguns pontos de países da

Europa com grande potencial energético. Esse potencial é gerado devido a variação

de onda, ou seja, o seu tamanho ser maior. Isso se deve devido ao relevo e as

peculiaridades climáticas da região.

No reino Unido, ao estuário de Severn, as variações de maré atingiram os 14 metros

(KERR, 2007), enquanto no Brasil, no Nordeste, a região com maior potencial

energético, as variações de maré atingem pontos maiores que 6 metros apenas.

(Fleming, 2012).

Em sua pesquisa sobre o potencial energético do Brasil (Fleming 2012) demonstra o

potencial energético relacionando o potencial local em kW/m para as localidades

com faixa litorânea:

Tabela Potencial teórico de energia de ondas para o litoral brasileiro por

estado e total

Extensão do litoral (km)

Potencial local (kW/m)

Carvalho, 2010

Potencial total (GW)

Potencial local

(kW/m) Souza, 2011

Potencial total (GW)

Rio Grande do Sul

610 15,14 9,24 30,00 18,30

Santa Catarina 561 15,14 8,49 30,00 16,83Paraná 100 12,73 1,27 25,00 2,50

São Paulo 700 12,73 8,91 25,00 17,50Rio de Janeiro 850 13,90 11,82 25,00 21,25Espírito Santo 410 13,10 5,37 25,00 10,25

Bahia 1181 9,80 11,57 15,00 17,72Sergipe 163 12,20 1,99 20,00 3,26Alagoas 228 12,20 2,78 20,00 4,56

Pernambuco 187 12,20 2,28 20,00 3,74Paraíba 138 12,20 1,68 20,00 2,76

Rio Grande do Norte

400 12,20 4,88 20,00 8,00

Ceará 573 7,50 4,30 15,00 8,60Piauí 66 7,50 0,50 15,00 0,99

Maranhão 640 8,30 5,31 15,00 9,60Pará 650 11,10 7,22 20,00 13,00

Amapá 300 11,10 3,33 20,00 6,00Total 7757 90,94 164,85

Fonte: Avaliação do potencial de energias oceânicas no Brasil/ Fernanda Pereira Fleming. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2012.

Figura Distribuição da potência média da energia das ondas na Europa (em

KW=m)

Fonte Protótipo de um Gerador Linear para Aproveitamento de Energia das Ondas num Sistema AWS Gonçalo Fernandes Beirão, 2010

Mesmo com uma vasta faixa litorânea, podemos notar ao comparar as informações

de (Fleming, 2012) e (Fernandes 2010), o Brasil possui faixas de onda com baixo

potencial energético – variando de 7,50 a 15,90 kW/m - em relação a alguns pontos

da Europa – variando de 8 a 76 kW/m.

4. O PROCESSO DE CAPTAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA

Primeiramente vamos conceituar a ideia de energia, que é algo nada trivial, à que

diga que a ciência ainda não é capaz de defini-la. Apesar de não conseguirmos

definir o que a energia é, nós sabemos o que ela não é.

Para ciência, a energia é uma das duas grandezas físicas que se inter-relacionam,

como dois sistemas físicos. Os dois sistemas interagem trocando energia e

momento, este segundo é também a segunda grandeza física envolvida, esta

interação sempre obedece à respectiva lei de conservação.

Geralmente quando pensamos em energia, associamos está à capacidade de

realizar um trabalho ou ação. A palavra energia vem do grego é tem como

significado “trabalho”. Embora energia não se limite apenas a esta definição, ela não

é totalmente fora do contexto, já que qualquer ente que esteja trabalhando, como

por exemplo: movendo um objeto, está transformando parte de sua energia e

transferindo-a para o ente que está sofrendo a ação.

Existem inúmeras formas de captação de energia, podendo citar às mais comuns:

Energia solar: é obtida através das termoelétricas solares, que são formadas por

enormes conjuntos de espelhos que captam a energia do Sol e à direcionam à uma

torre. Está energia então é convertida em energia térmica, ela é utilizada para fazer

geradores elétricos funcionarem. Também há o processo de aquecimento da água

por coletores solares, que é uma alternativa que diminui os gastos com o

aquecimento da água para uso humano.

Energia elétrica: é a energia potencial elétrica associada a um sistema em que

determinada carga elétrica em um condutor de eletricidade que encontra-se isolado

de outro condutor de energia potencial nula. Quando esta carga de energia passa

para o fio de referencia ela libera a energia potencial que é convertida a qualquer

outra forma de energia dentro do componente que permitiu sua passagem, por este

motivo todas as tomadas tem no mínimo 2 fios.

Energia hidrelétrica: é obtida através do movimento das águas, são construídas

barragens para que a água de rios ou quedas d’água se acumulem, q energia

gerada é levada por cabos de geradores até transformadores elétricos e então até o

usuário final.

Energia eólica: atualmente está energia é captada através de aerogeradores,

alocados em lugares de muito vento. Estes ventos movem as turbinas e este

movimento, através de um gerador, produz energia elétrica.

Energia nuclear: trata-se da energia potencial associada à posição entre núcleos

que os mantém unidos no núcleo. Pequenas quantidades de material podem liberar

quantidades astronômicas de energia.

Energia Oceânica: trata-se do aproveitamento do movimento das ondas e marés

associando-se conceitos físicos de movimento e força. Neste sentido podemos citar

a transformação de energia cinética potencial, em energia mecânica, e

posteriormente em energia elétrica, ou ainda, a obtenção de energia a partir da

diferença de temperatura dos oceanos. Embora haja um potencial enorme a ser

explorado, as tecnologias em escala comercial só começaram a desenvolver por volta de

1966, com a barragem de La Rance (Fleming, 2012).

No Brasil, em especial, existe uma grande exploração do potencial hidrelétrico, do

petróleo e gás, e também da captação eólica. Existe em funcionamento, ao nordeste

do Pais, no Ceará, a primeira usina de ondas, instalada ao Porto do Pecém. O

projeto foi desenvolvido a partir de estudos de realizados pela Coordenação dos

Programas de Pós-Graduação de Engenharia (COPPE), durante 2005. (Diário do

Nordeste, 2006).

O conceito do funcionamento baseia-se na movimentação de turbinas através da

alta pressão que pistões exercem sob um circuito de câmaras fechadas, esta

pressão gerada equivale até 500 metros de queda d’agua. (Parsifal.Org, 2012)

5. PROJETO: GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA A PARTIR DO MOVIMENTO

DAS ONDAS.

O protótipo criado é baseado nos princípios físicos do eletromagnetismo, junto ao

conceito abordado do movimento das marés e ondas.

Inicialmente temos um aquário de vidro translucido

Vidro

No aquário serão fixados os suportes para a alavanca principal:

Será fixado ao suporte a alavanca com, sendo que em uma de suas extremidades

encontraremos um imã, e na outra uma boia.

No corpo do aquário será afixado também um cilindro metálico, envolto por fio de

cobre esmaltado, que terá a forma do nosso condutor.

Alavanca

Boia

Suporte Metálico

Suporte Metálico

Suporte Metálico

A partir do movimento das águas – geração das ondas – o imã fará um movimento

de cima para baixo no interior do cilindro metálico, esta movimentação, através do

campo magnético do imã, corrente elétrica.

Esta corrente pode ser comprovada com a utilização de um multímetro.

6. CONCLUSÃO

Em meio a tantos paradigmas que envolvem a delicada discussão sobre a utilização

de combustíveis fósseis, melhores práticas ambientais, e desenvolvimento de novas

tecnologias, o conceito de sustentabilidade vem ganhando força, e novos braços

para apoiá-lo em prol de seu objetivo.

A Pesquisa e Desenvolvimento (P & D) tem um papel importantíssimo, pois estimula

o pensamento sustentável, que se baseia na utilização de menos recursos, gerando

uma postura de uso racional das fontes de energia de nosso planeta.

O mar por sua vez representa um gigantesco impulsionador destes recursos,

embora ainda não explorado em sua plenitude.

Incentivar a P&D, e explorar os recursos renováveis, parece ser o único e melhor

caminho a seguir.

7. BIBLIOGRAFIAS:

Cunha, Jorge Fernandes. Onofrei, Roxana. Direcção De Marcas E Patentes -

Departamento De Patentes E Modelos De Utilidade. Instituto Nacional Da

Propriedade Industrial (Inpi), 2011.

Fleming, Fernanda Pereira. Avaliação Do Potencial De Energias Oceânicas No

Brasil/ Fernanda Pereira Fleming. – Rio De Janeiro: Ufrj/Coppe, 2012.

Voith. O Valor Econômico E Ecológico Da Energia Dos Oceanos, Disponível Em

<Http://www.voith.com/Br/Sala-De-Imprensa/Pontos-De-Vista/Energia-Dos-Oceanos-

12129.Html >, Acesso em 20 de Abril De 2013, as 11h30min.

Pontes, Parsifal. Usina De Ondas Está Pronta No Ceará, Disponivel Em

<Http://Pjpontes.Blogspot.Com.Br/2012/06/Usina-De-Ondas-Esta-Pronta-No-

Ceara.Html>, Acesso Em 22 De Abril De 2013, Às 12h20min.

Eia, Energy Information Administration. Country Analysis Brief Overviewoverview

Data For Brazil, Disponível Em < Http://Www.Eia.Gov/Countries/Country-Data.Cfm?

Fips=Br#Cde >, Acesso Em 13 De Abril De 2013, Às 16h30min.

Diário Do Ceara, Investimento De R$ 4 Mi Nas Ondas Do Ceará 

Pecém Terá Primeira Usina Das Américas, Disponível Em

<http://www.sfiec.org.br/artigos/infraestrutura/ondas.html>, acessado em 13 de abril

às 16h38min.