INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE FUNDAO DE APOIO A EDUCAO E AO DESENVOLVIMENTO TECNOLGICO DO RIO GRANDE DO NORTE PETRLEO BRASILEIRO S.A.

PROGRAMA PETROBRAS DE FORMAO DE RECURSOS HUMANOS PFRH-Nvel Tcnico No 02

GEORGE KENNEDY ARAJO DE MEDEIROS

VIABILIDADE TCNICA DA UTILIZAO DA ENERGIA SOLAR EM INSTALAES PREDIAIS E INDUSTRIAIS.

Maro/ 2011

GEORGE KENNEDY ARAJO DE MEDEIROS

RELATRIO DAS ATIVIDADES DE ESTUDO DIRIGIDO SOBRE A VIABILIDADE TCNICA DA UTILIZAO DA ENERGIA SOLAR EM INSTALAES PREDIAIS E INDUSTRIAIS.

Orientado por

Dennys Lopes Alves Professor do Curso Tcnico de Nvel Mdio Subsequente em Eletrotcnica do IFRN

NATAL Maro/ 2011

RESUMO

Existem vrias formas de aproveitar a energia solar como fonte energtica, a energia fotovoltaica uma das que mais se destacam. Nela a energia absorvida pela irradiao solar transformada diretamente em energia eltrica, podendo ela, ser usada em ligaes diretas a rede eltrica ou ser armazenada em bancos de baterias. O Processo de transformao da energia solar em energia eltrica consiste basicamente na incidncia de luz na placa solar, a qual composta de dois tipos de um mesmo material semicondutor, forando a separao de eltrons de seu ncleo. Um fio condutor ligado s extremidades da placa e a uma bateria para que seja fechado o circuito. Os eltrons iro percorrer o fio de uma camada a outra da placa passando pela bateria, com essa passagem de eltrons gerada uma corrente eltrica, que armazenada na bateria conforme os eltrons vo passando. O Brasil privilegiado em funo da sua localizao geogrfica por ter uma insolao mdia superior das naes industrializadas. O suprimento energtico a comunidades rurais isoladas e a reas remotas ainda um constante desafio, principalmente nos pases subdesenvolvidos ou em desenvolvimento, devido s enormes disparidades econmicas e sociais, sendo a energia solar fotovoltaica uma das possveis solues. Palavras-chave: energia solar, energia fotovoltaica, energia eltrica.

Sumrio1 - INTRODUO .................................................................................................................................... 1 2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ...................................................................................................... 3 2.1 BREVE HISTRICO........................................................................................................................... 3 2.2 CLULAS FOTOVOLTAICAS E O EFEITO FOTOVOLTAICO................................................................. 3 2.3 TIPOS DE CLULAS FOTOVOLTAICAS .............................................................................................. 8 2.3.1 SILCIO MONOCRISTALINO ........................................................................................................ 12 2.3.2 SILCIO POLICRISTALINO ............................................................................................................ 13 2.3.3 SILCIO AMORFO.......................................................................................................................... 9 2.3.4 CLULA CdTe, CIS, CIGS ............................................................................................................... 9 2.4 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS .......................................................................................................... 10 2.4.1 SISTEMAS ISOLADOS ................................................................................................................. 11 2.4.2 SISTEMAS HBRIDOS ................................................................................................................. 12 2.4.3 SISTEMAS INTERLIGADOS REDE ............................................................................................. 13 3 APLICAES PRTICAS NO BRASIL .................................................................................................. 14 3.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO DE BOMBEAMENTO DE GUA PARA IRRIGAO (CAPIM GROSSO BA) ......................................................................................................................................................... 14 3.2 SISTEMA DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO SANTA CRUZ I (MIRANTE DO PARANAPANEMA SP).......................................................................................................................................................... 14 3.3 SISTEMA DE ELETRIFICAO FOTOVOLTAICA DO NCLEO PEREQU (VALE DO RIBEIRA SP) ... 15 3.4 SISTEMA HBRIDO SOLAR-DIESEL DE ARARAS, NOVA MAMOR RO. ........................................ 16 3.5 - LABSOLAR - UFSC FLORIANPOLIS SC ........................................................................................ 17 3.6 - CEPEL, RIO DE JANEIRO RJ .......................................................................................................... 17 3.7 - IEE-USP, SO PAULO - SP .............................................................................................................. 18 4 PROJETOS FUTUROS ........................................................................................................................ 19 4.1 NO BRASIL..................................................................................................................................... 19 4.2 NO MUNDO .................................................................................................................................. 21 5 VIABILIDADE TCNICA ..................................................................................................................... 25 5.1 - VANTAGENS .................................................................................................................................. 25 5.2 - DESVANTAGENS ............................................................................................................................ 25 6 CONCLUSO .................................................................................................................................... 27 7 - ANEXOS ............................................................................................................................................ 28 7.1 PRMIO JOVEM CIENTISTA........................................................................................................... 28 7.2 CASA EFICIENTE ............................................................................................................................ 28 8 - AGRADECIMENTO ............................................................................................................................ 31 9 - BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 32

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1 - INTRODUO

O sol uma fonte energtica inesgotvel que emite uma quantidade de energia significativamente grande para nosso planeta, onde no utilizamos nem 1% de toda energia fornecida pelo sol, com isso temos uma grande fonte de energia quase inexplorada, embora o homem j venha se beneficiando dessa energia a muito tempo. O uso da energia solar j vem acontecendo desde a antiguidade com Arquimedes1 que utilizou uma espcie de espelho para refletir os raios solares e com isso queimar as velas das embarcaes inimigas, isso em 212 a.c, j em 1878 o Frances Augustin Mouchot2 fez uma mquina de impresso usando vapor para alimentar um motor, com a finalidade de esquentar a gua, era utilizada uma espcie de parablica que servia para melhor captar o calor obtido pelo sol, deste momento em diante energia solar foi se desenvolvendo e a primeira usina solar foi criada em 1912, por um engenheiro norte americano, Frank Shuman3 onde sua funo era fornecer gua de irrigao a partir do rio Nilo. A energia j foi utilizada em muitas aplicaes tais como na purificao de gua, no aquecimento residencial, e ate mesmo no cozimento de alimentos. Nos estados unidos a tecnologia solar obteve um grande crescimento quando os seus estados apoiaram a troca de um dos aquecedores eltricos por aquecedores utilizando luz solar, hoje em dia temos diversas placas que servem para o aquecimento de gua em residncias e piscinas gerando crescimento para o setor de energia solar. A energia solar pode ser definida genericamente como qualquer tipo de captao de energia luminosa e trmica proveniente do sol com o intuito de convert-la em outras formas de energia para posterior utilizao. Essa energia convertida pode ser utilizada em aplicaes como, por exemplo, diretamente para aquecimento de gua ou ainda para ser transformada em energia eltrica e mecnica. Entre os vrios processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente so o aquecimento de gua e a gerao fotovoltaica de energia eltrica. No Brasil, o primeiro mais encontrado nas regies Sul e Sudeste, devido a caractersticas climticas, e o segundo, nas regies Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia eltrica.

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Arquimedes: Nasceu em Siracusa cerca de 287 a.C. Foi um dos maiores cientistas e matemticos da Antiguidade e um dos maiores de todos os tempos. 2 Mouchot: Francs nascido em Semur-em-Auxois, em 7 de abril de 1821, se tornou cientista sendo graduado em Matemtica em 1852 e Bacharel em Cincias Fsicas em 1853. 3 Shuman: Foi um engenheiro norte-americano e pioneiro da energia solar conhecido por seu trabalho em motores energia solar.

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Para a transformao direta de energia solar para eltrica usam-se placas solares que consistem de uma camada de juno P-N (semelhante a um dodo de juno), capaz de gerar energia eltrica a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. Quando a pequena clula solar fica exposta ao sol, os eltrons absorvem energia e libertam-se de suas camadas deslocando-se (eltrons livres). Eles movem-se para a superfcie da placa solar onde a clula est ligada com sua extremidade oposta, por um fio condutor eltrico, assim, o movimento dos eltrons gera uma corrente eltrica. Sendo uma fonte inesgotvel, gratuita e limpa j que no gera poluio durante sua utilizao a energia solar pode representar uma soluo para parte dos problemas de escassez de energia que abala o mundo. No caso do Brasil tem-se um timo potencial de gerao em funo da grande incidncia de sol durante boa parte do ano em praticamente todas as regies do pas. Em localidades remotas ou de difcil acesso pode-se fazer uso da tecnologia solar como fonte energtica uma vez que em pequena escala os custos relacionados com sistemas de linhas de transmisso se tornam muito elevados, j que exigem muitas estruturas de suporte alm dos prprios cabeamentos. A energia fotovoltaica tem sido utilizada cada vez mais pela Petrobras em diversas unidades pelo Brasil. Em algumas plataformas desabitadas, a energia solar substituiu o diesel na alimentao dos dispositivos de medio e monitoramento. No Rio Grande do Norte, um exemplo est em Mossor, onde a unidade de bombeamento do primeiro poo produtor do Estado (dentro do hotel Thermas) funciona movida a energia solar. Sendo prevista ainda para o final do ano de 2011 a inaugurao do maior parque solar do Brasil, localizado em Guamar-RN, e servir para suprir as necessidades energticas da Unidade Experimental de Biodiesel I. Embora sejam poucas as aplicaes prticas de energia solar no Brasil, em virtude de seu custo elevado, estima-se que para os prximos anos, a energia solar seja uma das que mais cresam entre s energias renovveis j que ela encontrada em grande abundancia em nosso pas.

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2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA2.1 BREVE HISTRICO 1839: Primeira converso de energia solar em energia eltrica, por Edmond

Becquerel4, onde o mesmo constatou uma diferena de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor quando exposto a luz. 1876: Foi montado o primeiro aparato fotovoltaico resultante de estudos das 1930: A teoria do efeito fotovoltaico estabelecida por Shottky5. 1954: Pearson, Fuller e Chapin montam a primeira clula fotovoltaica prtica

estruturas slidas.

(mono-Silcio). 1956: Inicia-se a produo industrial seguindo o desenvolvimento da

microeletrnica. Sendo decisiva a utilizao de fotoclulas em programas espaciais. 1958: Satlite Vanguard I alimentado pelas primeiras clulas fotovoltaicas. 1973: Houve um avano significativo na tecnologia fotovoltaica onde o

processo de fabricao, a eficincia das clulas e seu peso foram aprimorados. Sendo expandido seu uso em meio terrestre para suprir o fornecimento de energia. Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vm sendo utilizados em instalaes

remotas possibilitando vrios projetos sociais, agropastoris, de irrigao e comunicaes. As facilidades de um sistema fotovoltaico tais como: modularidade, baixos custos de manuteno e vida til longa, fazem com que sejam de grande importncia para instalaes em lugares desprovidos da rede eltrica.

2.2 CLULAS FOTOVOLTAICAS E O EFEITO FOTOVOLTAICO Tambm chamado de painel fotovoltaico, so baseados nas propriedades dos materiais semicondutores. Formadas basicamente de silcio, embora tambm utilize o arsenieto de glio, camadas finas de CdTe (telureto de cdmio), o CIS (cobre, ndio, selnio) e ainda o CIGS (cobre, ndio, glio, selnio) as clulas solares consistem em um sistema que converte a luz da emisso solar em energia eltrica. A clula fotovoltaica a unidade4 5

Becquerel: Foi um fsico francs que estudou o espectro solar, magnetismo, eletricidade e a ptica. Shottky: Foi um alemo fsico que desempenhou um papel importante no incio do desenvolvimento da teoria dos fenmenos de emisso de eltrons e ons, alm de realizar muitas contribuies na rea de dispositivos semicondutores, fsica e tecnolgica.

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fundamental do processo de converso, que transformam a luz solar em energia eltrica, uma das tecnologias disponveis que permitem gerar eletricidade de forma limpa, com baixos custos operacionais, facilidade e rapidez de instalao, entre muitas outras vantagens. O painel fotovoltaico formado por basicamente quatro camadas, so elas (na ordem, a partir do lado exposto ao sol): Vidro plano (Serve para proteger a clula solar e ao mesmo tempo dar a

transparncia necessria para que a incidncia do sol seja a maior possvel); Pelcula antirrefletiva (Serve para minimizar a luz refletida pelo vidro, que no

pode ser aproveitada); Clula solar; Camada de fundo (pode ser tambm de vidro ou de um polmero como o

polister, por exemplo);

Sendo que esse nmero de camadas pode aumentar, dependendo do modelo e do fabricante, mas essas quatros so as mais essenciais. Para sustentar a placa utiliza-se uma estrutura de grade de um material rgido e condutor, como o alumnio, que transmite energia eltrica.

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A clula solar composta basicamente de dois tipos de camadas de um mesmo material semicondutor enriquecido com um material diferente (sendo um enriquecido ou dopado com fsforo e o outro com boro-DOPAGEM), atualmente o mais utilizado o silcio, e ainda podem ser constitudas de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silcio amorfo. Essa luz contm ftons (uma partcula elementar, como os nutrons e eltrons). Quando os ftons batem nas camadas de silcio, eles foram os eltrons a se separar de seus ncleos. Isso faz com que as duas camadas de silcio fiquem magneticamente carregadas. Essencialmente a camada que contm o fsforo fica carregada negativamente e a camada que contem o boro fica carregada positivamente (materiais semicondutores com dopagem de material tipo P e tipo N), da que aparece um campo eltrico entre elas, logo so ligados os fios eltricos a uma bateria, estabelecendo a diferena de potencial necessria para o movimento dos eltrons, fechando o circuito. Os eltrons iro percorrer o fio de uma camada a outra passando pela bateria, com este fluxo de eltrons estabelecida uma corrente eltrica, que armazenada na bateria conforme os eltrons vo passando pela mesma. A barreira potencial na juno p-n produz uma voltagem de aproximadamente 1/2 V no monocristal de silcio. Como em uma bateria, a sada de corrente direta. A corrente de sada de uma clula solar diretamente proporcional quantidade de luz incidente e rea da clula. Sob uma luz solar de 1.000 W/m, uma corrente de aproximadamente 100 miliampres por cm de superfcie de clula ser produzida por clulas monocristal padro. Uma clula de 10 cm de dimetro ir produzir aproximadamente 1 W sob uma insolao de 1.000 W/m . Uma clula de 5 cm de dimetro ir produzir aproximadamente W sob a mesma insolao. A energia gerada armazenada em baterias pode ser utilizada para vrios fins, desde bombas hidrulicas em campos rurais a iluminao residencial ou predial em centros urbanos. Essa energia pode ou no passar por um inversor, ou antes, ou depois, j que a energia produzida do tipo CC (corrente continua) e em prdios e residncias a energia usada do tipo CA (corrente alternada).

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Os painis fotovoltaicos podem ser ligados diretamente rede eltrica, so chamados de Sistemas interligados a rede eltrica. Esses sistemas so interligados diretamente a linhas de transmisses que transmitem a corrente continua, gerada pelas clulas fotovoltaicas, at estaes inversoras onde transformada em alternada e injetada no sistema de distribuio das concessionrias. Podem ser ligados a sistemas hbridos que energizam fontes de gerao de energia, como por exemplo: turbinas elicas, gerao diesel, mdulos fotovoltaicos entre outras. E por fim podem ser conectados em sistemas isolados, estes utilizam uma bateria e energizam um ou mais aparelhos especficos.

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Resumidamente um sistema fotovoltaico completo consiste em mdulos solares que convertem a luminosidade solar em eletricidade, funcionando diretamente com um regulador de carga que controla o nvel de carga do banco de baterias, evitando sobrecarga ou descarga excessiva. Uma ou mais baterias acumulam a energia gerada para utilizao noite ou em momentos de pouca insolao. Essas baterias podem ser do tipo estacionrio ou automotivo. Os componentes do sistema podero variar de acordo com a aplicao a que se destina. Para utilizar essa energia como corrente alternada utiliza-se um inversor que converte a corrente contnua para 110 ou 220 volts em corrente alternada.

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2.3 TIPOS DE CLULAS FOTOVOLTAICAS As clulas fotovoltaicas so fabricadas, na sua grande maioria, usando o silcio (Si) e podendo ser constituda de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silcio amorfo.

2.3.1 SILCIO MONOCRISTALINO As clulas de silcios monocristalino so historicamente as mais usadas e comercializadas como conversor direto de energia solar em eletricidade e a tecnologia para sua fabricao um processo bsico muito bem constitudo. Foram as primeiras fotopilhas a serem elaboradas a partir de um bloco de silcio cristalizado num nico cristal. Apresentam-se sob a forma de placas redondas, quadradas ou pseudo quadradas. O seu rendimento de 12 a 16%. Para fazer uma clula solar, a slica (Si02) inicialmente refinada e purificada. A seguir, ela derretida e solidificada de tal forma que os tomos de silcio sejam arranjados em um entrelaamento perfeito. Uma das formas de se fazer isto introduzir uma semente de silcio cristalino em uma massa fundida de silcio puro e lentamente extra-la (este o chamado processo de Czochralski). O lingote cilndrico assim formado , ento, fatiado em wafers de aproximadamente 0,5 mm de espessura que so "dopados" com impurezas de fsforo (para criar a camada de tipo n) e de boro (para a camada do tipo p) para formar a juno p-n. Esse processo alm de ser caro tem um elevado perodo de retorno financeiro.

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2.3.2 SILCIO POLICRISTALINO As clulas de silcio policristalino so mais baratas que as de silcio monocristalino por exigirem um processo de preparao das clulas menos rigoroso. So feitas de vrios gros de cristais nicos de silcio que so aleatoriamente embalados e, portanto, com diversas orientaes. A eficincia, no entanto, cai um pouco e possui um custo de produo menos elevado comparado com as monocristalinas. O seu rendimento da ordem de 11 a 13%.

2.3.3 SILCIO AMORFO Uma clula de silcio amorfo difere das demais estruturas cristalinas por apresentar alto grau de desordem na estrutura dos tomos. A utilizao de silcio amorfo para uso em fotoclulas tem mostrado grandes vantagens tanto nas propriedades eltricas quanto no processo de fabricao. Por apresentar uma absoro da radiao solar na faixa do visvel e podendo ser fabricado mediante deposio de diversos tipos de substratos, o silcio amorfo vem se mostrando uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo. Mesmo apresentando um custo reduzido na produo, o uso de silcio amorfo apresenta duas desvantagens: a primeira a baixa eficincia de converso comparada s clulas mono e policristalinas de silcio; em segundo, as clulas so afetadas por um processo de degradao logo nos primeiros meses de operao, reduzindo assim a eficincia ao longo da vida til. Por outro lado, o silcio amorfo apresenta vantagens que compensam as deficincias acima citados, so elas: processo de fabricao relativamente simples e barato; possibilidade de fabricao de clulas com grandes reas; baixo consumo de energia na produo.

2.3.4 CLULA CdTe, CIS, CIGS As tecnologias CdTe, CIS e CIGS esto em fase de desenvolvimento e industrializao. As clulas de CdTe tm por base o telrio de cdmio, material interessante por apresentar uma elevada absoro. No entanto, o seu desenvolvimento fica comprometido atendendo toxicidade do cdmio. As clulas de CIS (CuInSe2) tm por base o cobre, o ndio e o selnio. Este material apresenta a particularidade de ser estvel quando sujeito a incidncia luminosa. Apresentam excelentes propriedades de absoro. As clulas de CIGS so

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constitudas pelos mesmos elementos das CIS, mas com a particularidade de o ndio formar uma liga com o glio o que permite obter melhores desempenhos.

2.4 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Diversos sistemas fotovoltaicos em larga escala esto em funcionamento ao redor do mundo com produes da ordem de megawatts. Eles tanto fornecem eletricidade diretamente para estabelecimentos comerciais quanto abastecem a rede eltrica local. A energia fotovoltaica est abrindo importantes acessos nos pases em desenvolvimento, com os mercados de sistemas fotovoltaicos crescendo mais rapidamente no terceiro mundo. Mas ainda pouco o investimento e desenvolvimento dessa forma de gerao de energia eltrica, faltam incentivos para que novas clulas sejam desenvolvidas, favorecendo assim a diminuio do custo de produo e o aumento do benefcio. Um dos usos mais importantes da energia fotovoltaica o abastecimento de bombas d'gua. Como a maioria das populaes rurais do mundo vivem em ensolaradas regies tropicais ou subtropicais, a utilizao da energia solar uma boa alternativa aos mtodos de bombeamento de gua a diesel ou a trao animal. Por exemplo, na dcada de 1990, o Qunia instalou mais de 100.000 estaes de bombeamento de gua alimentadas por fontes fotovoltaicas. Alm das regies remotas, outro uso da energia fotovoltaica em edificaes nas quais as clulas solares esto integradas estrutura, como no caso de um mdulo de telhado. Diversos pases esto pesquisando a integrao de sistemas fotovoltaicos s telhas para substituir os tradicionais materiais de cobertura de estruturas. A cada ano, o Japo fornece subsdios para que 10.000 proprietrios de imveis instalem sistemas eltricos solares de teto conectados rede eltrica. Na Europa, muitos pases esto desenvolvendo sistemas fotovoltaicos integrados a telhados e fachadas de edificaes. Concessionrias de energia esto avaliando a utilizao de sistemas fotovoltaicos de apoio rede eltrica. Uma das aplicaes avaliadas o apoio aos sistemas de gerao e transmisso de energia, melhorando a qualidade do servio e reduzindo os picos de carga de tal forma que as empresas possam atrasar por vrios anos a substituio de seus transformadores. A energia fotovoltaica tambm pode ser utilizada em estaes de recarga de veculos eltricos. Ao mesmo tempo em que o preo dessa tecnologia tem declinado acentuadamente durante as ltimas dcadas, parcerias entre os governos e o setor privado tm

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sido realizada para identificar e solucionar problemas de fabricao que afetam o custo dos mdulos e a capacidade de produo. O potencial brasileiro para gerao de energia eltrica muito grande. Para se ter uma noo radiao solar na regio mais ensolarada da Alemanha 40% menor do que a regio menos ensolarada do Brasil de acordo com a 1 edio do Atlas brasileiro de energia solar de 2006. Embora tenhamos esse grande potencial, no temos incentivos, nem apoio para um maior aproveitamento da energia solar no Brasil. Os poucos projetos em funcionamento visam o atendimento de comunidades isoladas da rede de energia eltrica, a iluminao pblica, sistemas de uso coletivo, tais como eletrificao de escolas, postos de sade e centros comunitrios. Em regies rurais as placas fotovoltaicas so muito usadas no bombeamento de gua, para o abastecimento domstico, irrigao e principalmente para a piscicultura. Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em trs categorias distintas: sistemas isolados, hbridos e conectados a rede. Os sistemas obedecem a uma configurao bsica onde o sistema dever ter uma unidade de controle de potncia e tambm uma unidade de armazenamento.

2.4.1 SISTEMAS ISOLADOS Sistemas isolados, em geral, utilizam-se de algumas formas de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito atravs de baterias, quando se deseja utilizar aparelhos eltricos ou armazena-se na forma de energia gravitacional quando se bombeia gua para tanques em sistemas de abastecimento. Alguns sistemas isolados no necessitam de armazenamento, o que o caso da irrigao onde toda a gua bombeada diretamente consumida ou estocadas em reservatrios.

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2.4.2 SISTEMAS HBRIDOS Sistemas hbridos so aqueles que, desconectado da rede convencional, apresenta vrias fontes de gerao de energia como, por exemplo: turbinas elicas, gerao diesel, mdulos fotovoltaicos entre outras. A utilizao de vrias formas de gerao de energia eltrica torna-se complexo na necessidade de aperfeioar a utilizao das energias. necessrio um controle de todas as fontes para que haja mxima eficincia na entrega da energia para o usurio. Em geral, os sistemas hbridos so empregados para sistemas tanto de mdio quanto de grande porte vindo a atender um nmero maior de usurios. Por trabalhar com cargas de corrente contnua, o sistema hbrido tambm apresenta um inversor.

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2.4.3 SISTEMAS INTERLIGADOS REDE Estes sistemas utilizam grandes nmeros de painis fotovoltaicos, e no utilizam armazenamento de energia, pois toda a gerao entregue diretamente na rede. Este sistema representa uma fonte complementar ao sistema eltrico de grande porte ao qual esta conectada. Todo o arranjo conectado em inversores e logo em seguida guiado diretamente na rede. Estes inversores devem satisfazer as exigncias de qualidade e segurana para que a rede no seja afetada.

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3 APLICAES PRTICAS NO BRASIL3.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO DE BOMBEAMENTO DE GUA PARA IRRIGAO (CAPIM GROSSO BA)

Esse sistema formado por 16 painis M55 da Siemens e uma bomba centrfuga de superfcie Mc Donald de 1HP DC. Em poca de cheia, o sistema fica a 15m da margem do aude e bombeia gua a uma distncia de 350m, com vazo de 12m por dia. Parceria entre o National Renewable Energy Laboratory NREL, o Centro de Pesquisas de Energia Eltrica CEPEL e a Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia COELBA, tendo ainda a participao da Secretaria de Agricultura e Irrigao do Estado da Bahia e da Associao de Moradores de Rio do Peixe (CRESESB, 2000). 3.2 SISTEMA DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO SANTA CRUZ I (MIRANTE DO PARANAPANEMASP)

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Na regio do Pontal do Paranapanema (Extremo-Oeste do Estado de So Paulo). Esse reservatrio tem capacidade de armazenamento de 7.500 litros e altura manomtrica de 86 metros, abastecendo cerca de 43 famlias. O sistema fotovoltaico constitudo de 21 mdulos MSX 70, com potncia nominal de 1.470Wp. Entre novembro de 1998 e janeiro de 1999, cerca de 440 famlias foram beneficiadas em toda a regio.

3.3 SISTEMA DE ELETRIFICAO FOTOVOLTAICA DO NCLEO PEREQU (VALE DO RIBEIRA SP)

Situado no litoral Sul de So Paulo, no Vale do Ribeira. J foram instalados diversos sistemas de eletrificao de escolas, postos de sade e unidades de preservao ambiental (estaes ecolgicas, parques estaduais etc.), alm de atendimento a pequenas comunidades rurais. O ncleo Perequ, constitudo por laboratrios de pesquisa, tanques de cultivos para a fauna marinha, auditrio para conferncias e seminrios, alojamentos com refeitrio, cozinha e gabinetes de estudo.

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3.4 SISTEMA HBRIDO SOLAR-DIESEL DE ARARAS, NOVA MAMOR RO.

Esse sistema integra painis fotovoltaicos e grupos geradores a diesel. No municpio de Nova Mamor, RO. o maior sistema hbrido solar-diesel do Brasil. O sistema a diesel consiste em trs motores de 54kW, totalizando 162kW de potncia instalada. O sistema fotovoltaico constitudo por 320 painis de 64W cada e tem capacidade nominal de 20,48kW. Os painis esto dispostos em 20 colunas de 16 painis, voltados para o Norte geogrfico, com inclinao de 10 graus em relao ao plano horizontal, ocupando uma rea de aproximadamente 300m. Foi instalado pelo Laboratrio de Energia Solar Labsolar da UFSC, no mbito do Projeto BRA/98/019, mediante contrato de prestao de servios, celebrado entre a ANEEL/PNUD e a Fundao de Amparo Pesquisa e Extenso Universitria FAPEU daquela Universidade.

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3.5 - LABSOLAR - UFSC FLORIANPOLIS SC

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Esse sistema integra painis fotovoltaicos para o uso integrado a rede de energia eltrica para uso a fins de minimizar os custos com a concessionria. Basicamente funciona revezando as fontes de energia, esse sistema tem uma potncia instalada de 2,2 kW.

3.6 - CEPEL, RIO DE JANEIRO RJ

Instalado no CEPEL-RJ em 2002, constitudo por 204 mdulos fotovoltaicos BP580F (80Wp), com 17 mdulos em srie e 12 em paralelo, perfazendo uma potncia instalada de 16kWp. Esses mdulos de silcio cristalino so considerados os mais modernos mdulos comercialmente disponveis na atualidade e tm eficincia nominal na faixa de 16 a 17%.

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3.7 - IEE-USP, SO PAULO - SP

Conectada rede eltrica de baixa tenso no laboratrio de Sistemas de Fotovoltaicos do Instituto de Eletrotcnica e Energia Universidade de So Paulo, LSFIEE/USP tm uma potncia instalada de 3 kW.

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4 PROJETOS FUTUROS4.1 NO BRASIL Conforme j abordamos so poucas as aplicaes de aproveitamento da energia solar no Brasil frente ao seu enorme potencial. No Japo em pequenas cidades usam-se os painis ligados rede eltrica diretamente, no Brasil esses sistemas so poucos. Temos 21 sistemas interligados rede eltrica em operao, gerando uma potncia instalada de 95 KW ao todo sendo que 60 kW ainda esto em fase de instalao. Comparada com a energia gerada nas usinas hidreltricas mnima a importncia da energia gerada atravs do sol, embora seja um grande potencial brasileiro. Com estmulos e investimentos nos prximos anos essa energia gerada pelo sol pode crescer muito e vai gerar uma fonte de renda a mais para muitas famlias, j que os impostos cobrados das concessionarias de energia no Brasil ainda so muito caros. No Cear est concluda a montagem da Usina de Energia Solar de Tau. Os trabalhos de montagem e instalao dos painis solares j foram concludos e a estrutura necessria para a Usina Solar de Tau da MPX comear a produzir a energia renovvel j est pronta. No entanto, alguns problemas foram enfrentados. O primeiro foi com a Coelce, ao no concordar que a interligao da rede de energia sada da Usina pudesse ser feita com uma rede da Empresa, que passa a cerca de 900 metros da MPX Solar, obrigando a construo de novas linhas de transmisso at a Subestao localizada na Avenida Odilon Aguiar. A segunda dificuldade encontrada, foi a deciso de alguns proprietrios de terrenos situados no trajeto entre a Usina e a Subestao da Coelce, que no permitiram a passagem da rede de energia. A MPX buscou outras alternativas e conseguiu convencer colonos do Permetro Irrigado Vrzea do Boi, que possuem reas prximas cidade, a permitirem a passagem da rede. A MPX Solar para cumprir seus compromissos com a populao de Tau e o Governo do Estado foi obrigada a aumentar seus custos e vai construir uma rede de energia com 8 km de extenso, at chegar a Subestao da Coelce. Com isso, a Usina s dever comear a operar produzindo energia oriunda dos raios solares, a partir do ms de maio, quando dever ser inaugurada.

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Para o futuro no faltam projetos no ramo de energia solar, no prprio Rio Grande do Norte ser construdo o maior parque solar do Brasil. No uma surpresa que seja construda em nosso Estado j que temos cerca de 300 dias ou mais de sol, com cerca de 10 horas de sol visvel por dia. A instalao ser feita em Guamar RN e ter ao todo 956 placas solares e quando estiver funcionando gerar mais de 80MWh, e servir para energizar a Unidade Experimental de Biodiesel I (fonte: coordenador do Ncleo de Energias Renovveis da Petrobras, Henrique Landa). De acordo com a Petrobras, a instalao dos painis solares deve estar concluda at o final deste ano. Essa iniciativa ser desenvolvida como projeto do Ncleo de Energias Renovveis da Petrobras, cujo coordenador Henrique Landa. Ele explicou que as quantidades de painis que compem a usina so o destaque do projeto. E que futuramente a energia gerada ser usada em outros projetos da Petrobrs no Estado. Em uma fase seguinte, vamos utilizar tambm a energia trmica para aquecer o fluido utilizado na produo da Unidade de Tratamento e Processamento de Fludos (UTPF) economizando o gs que hoje queimado. A energia fotovoltaica tem sido utilizada cada vez mais pela Petrobras em diversas unidades pelo Brasil. Em algumas plataformas desabitadas, a energia solar substituiu o diesel na alimentao dos dispositivos de medio e monitoramento. No RN, um exemplo est em Mossor, onde a unidade de bombeamento do primeiro poo produtor do Estado (dentro do hotel Thermas) funciona movida a energia solar.

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Henrique landa explicou que por se tratarem de painis solares de alta capacidade, a temperatura nas placas pode chegar a at 200 graus (quando estiverem funcionando com todo potencial). Atualmente, os painis esto armazenados no plo de Guamar, prontos para comear a serem montados. Esse projeto de explorao de energia solar contempla ainda a possibilidade de parte de essa potncia ser disponibilizada para as indstrias potiguares interessadas na produo de energia eltrica a partir do calor do sol. Visamos, em uma fase seguinte, o uso dessa tecnologia para a indstria. a possibilidade de produzir energia eltrica sem queimar um combustvel fssil, disse. De acordo com o gerente de executivo de Desenvolvimento Energtico da Petrobras (em nvel nacional), Mozart Schmitt, o interesse da empresa em desenvolver esse tipo de energia ocorre por conta do alto potencial que o pas, e principalmente o Nordeste, possuem. Ns temos olhado com ateno os potenciais da energia solar, a gente sabe que temos altos ndices de insolao. A gente tem estudado alguns projetos para termos solares, isso vivel hoje economicamente, porm a competitividade de projetos de gerao de energia eltrica a partir do aquecimento solar, hoje ainda no existe por aqui, explicou. O exemplo da energia elica, o Rio Grande do Norte tambm muito bem servido de energia solar. O Estado tem cerca de 300 dias (ou mais) de sol, cada um deles com aproximadamente 10 horas de sol visvel. Apesar da abundncia, este tipo de energia no explorado em larga escala no Estado (nem no Brasil). No Rio Grande do Norte, o uso mais comum ainda por hotis e pousadas como forma de reduzir os custos relativos energia eltrica. Em geral, as placas so usadas para aquecimento da gua usada pelos hospedes. A economia gira em torno de 30%. O sistema de captao de energia solar composto por painis que captam a luz e transfere seu calor para a gua armazenada num reservatrio chamado boiler. E poca de chuva, esse tipo de aquecimento tem de ser auxiliado com energia eltrica. Para aquecer gua usada numa residncia com quatro moradores, so necessrios cerca de 4 metros quadrados de painis.

4.2 NO MUNDO Em termos relativos, a tecnologia fotovoltaica aquela que maior crescimento regista, nem mesmo a energia elica tem vindo a acompanhar a evoluo to expressiva da energia fotovoltaica, embora em termos absolutos, a capacidade instalada da energia elica prevista seja bem superior, superando em cerca de doze vezes a previso para o fotovoltaico.

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Apesar do grande avano a nvel mundial do mercado fotovoltaico verificado nos ltimos anos, verifica-se que o mercado fotovoltaico continua ainda muito concentrado em pases como Alemanha e Japo, pases que apostam na energia fotovoltaica h j vrios anos e nos quais se concentra cerca de dois teros da capacidade instalada mundial, bem como grande parte da produo de sistemas fotovoltaicos. Na Alemanha, o crescimento deste mercado tem vindo a crescer cada vez mais, sendo que j ultrapassou o Japo e lder mundial no fotovoltaico. No Japo, este crescimento efetuado de forma menos intensa, uma vez que houve uma reviso de poltica de incentivos que contribuiu para a atenuao da aposta nesta tecnologia. Para alm da Alemanha e Japo, tambm se verificou nos ltimos anos, em especial no ano de 2006, um forte crescimento do mercado fotovoltaico na Espanha e nos EUA. O mercado fotovoltaico na Espanha cresceu cerca de 200% no ano de 2006, enquanto que nos EUA aumento 33%, pode-se ento argumentar que estes dois pases constituem dois novos players importantes no sector fotovoltaico mundial. A nvel Europeu, obviamente o destaque vai para a Alemanha, que constitui a primeira linha do mercado fotovoltaico. Como segunda linha europeia do fotovoltaico tem a Espanha e a Itlia. Portugal situa-se numa terceira linha juntamente com a Frana e a Grcia. Estes trs pases apresentam um forte potencial essencialmente devido propcia geografia, e possuem polticas favorveis, no entanto o mercado ainda se encontra demasiado atrasado quando comparado com os pases de segunda e primeira linha. Empresas vo construir duas usinas de energia solar na Califrnia que, juntas, vo gerar 12 vezes mais eletricidade que a maior usina desse tipo existente hoje, uma indicao de que a energia solar est atingindo um patamar significativo. As usinas vo ocupar 32,4 quilmetros quadrados com painis solares e, em um dia ensolarado, vo gerar 800 megawatts de potncia, o equivalente aproximado a uma grande usina termeltrica ou uma pequena usina nuclear. Um megawatt o suficiente para suprir um grande supermercado.

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Embora as instalaes da Califrnia possam produzir 800 megawatts em alguns momentos, quando o sol est forte, elas vo operar menos horas por ano que uma usina nuclear ou de carvo e, ento, vo produzir um tero, ou menos, em eletricidade total. OptiSolar, uma companhia que acabou de comear a fazer um tipo de painel solar feito de uma fina pelcula, vai instalar uma usina de 550 megawatts no condado de San Luis Obispo e a SunPower Corp que usa a tecnologia de cristal siliconado, vai construir a usina de 250 megawatts em um local diferente, no mesmo condado. A escala um avano. Thomas H. Werner, presidente da Sunpower, disse que a usina de 250 megawatts que sua companhia construir tem tanta capacidade fotovoltaica quanto toda a capacidade instalada no mundo todo, no ano passado. Se voc vai fazer a diferena, voc tem que fazer de maneira grande, disse Randy Goldstein, chefe executivo da OptiSolar. A escala das duas usinas vai trazer um novo paradigma para a indstria, disse. O total de 800 megawatts vai exceder em muito a escala das instalaes solares anteriores uma usina que usa espelhos para potencializar a luz do sol. A maior dos Estados Unidos produz 14 megawatts e fica em Nevada.

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A energia solar continua sendo muito cara se comparada eletricidade das termeltricas, mas est avanando muito, impulsionada pelas cotas estatais norte-americanas. A porcentagem de 20% estabelecida pela Califrnia uma das mais duras, e empresas esto com medo de no conseguir cumprir o prazo do ano de 2010. A Pacific Gas & Electric espera que, quando as usinas estiverem prontas, eles totalizem 24% de energias renovveis, mas isso no acontecer at 2013.

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5 VIABILIDADE TCNICAA seguir enumeramos algumas vantagens e desvantagens na utilizao da energia solar fotovoltaica. 5.1 - VANTAGENS - Durante sua utilizao a Energia solar no polui o meio ambiente. As formas de controles existentes na atualidade no permitem que a poluio decorrente da fabricao dos equipamentos necessrios para a construo dos painis solares, polua a natureza; - A manuteno exigida pelas centrais mnima; - A potncia dos painis solares vem a cada dia aumentando enquanto seu custo decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma soluo economicamente vivel; - Em lugares remotos ou de difcil acesso a energia solar se torna a melhor soluo para suprimentos energticos j que sua instalao se torna mais vivel que a instalao de vrias e enormes linhas de transmisso; - Em pases tropicais, como o Brasil, a utilizao da energia solar vivel em praticamente todo o territrio, e, em locais longe dos centros de produo energtica, sua utilizao ajuda a diminuir a demanda energtica nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmisso.

5.2 - DESVANTAGENS - A energia necessria para fabricar um painel solar muito elevada, podendo ser maior do que a energia que o painel geraria; - Os preos so muito elevados em relao aos outros meios de energia; - A produo de energia depende da situao atmosfrica (chuvas, neve), tendo muita variao, alm de que durante a noite no existe produo alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painis solares no estejam ligados rede de transmisso de energia; - Locais em latitudes mdias e altas (Ex: Finlndia, Islndia, Nova Zelndia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produo durante os meses de inverno devido menor disponibilidade diria de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variaes dirias de produo de acordo com o grau de nebulosidade;

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- pequena a eficincia de formas de armazenamento da energia solar quando comparadas, por exemplo, aos combustveis fsseis (carvo, petrleo e gs), a energia hidroeltrica (gua) e a biomassa (bagao da cana ou bagao da laranja).

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6 CONCLUSOO sol libera energia suficiente para a Terra necessria para suprir atualmente o consumo mundial de eletricidade. A energia solar fotovoltaica a energia obtida atravs da converso direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico o aparecimento de uma diferena de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absoro da luz. A clula fotovoltaica a unidade fundamental do processo de converso, que transformam a luz solar em energia eltrica, uma das tecnologias disponveis que permitem gerar eletricidade de forma limpa, com baixos custos operacionais, facilidade e rapidez de instalao, entre muitas outras vantagens. O Brasil privilegiado em funo da sua localizao geogrfica por ter uma insolao mdia superior das naes industrializadas. O suprimento energtico a comunidades rurais isoladas e a reas remotas ainda um constante desafio, principalmente nos pases subdesenvolvidos ou em desenvolvimento, devido s enormes disparidades econmicas e sociais, sendo a energia solar fotovoltaica uma das possveis solues.

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7 - ANEXOS7.1 PRMIO JOVEM CIENTISTA Professor da PUC-RS e vencedor do Prmio Jovem Cientista em 2002, Adriano Moehlecke recebeu investimentos de R$ 6 milhes da Petrobrs, Eletrosul, Companhia Estadual de Energia Eltrica (CEEE) e FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos do Ministrio da Cincia e Tecnologia) para desenvolver tecnologia nica no pas, que transforma energia solar em eltrica. Os primeiros 200 mdulos fotovoltaicos foram entregues aos patrocinadores na Tecnopuc, em dezembro de 2009. Atualmente, o Brasil no produz esse tipo de tecnologia. Importa a custos mais altos. Vencedor do Prmio Jovem Cientista em 2002 na categoria graduado, Adriano Moehlecke, da Pontifcia Universidade Catlica (PUC-RS), produziu equipamentos para a gerao de energia solar em escala industrial com a mesma eficincia de concorrentes internacionais, mas a custos inferiores. E os primeiros 200 mdulos fotovoltaicos fabricados com tecnologia nacional foram entregues em dezembro de 2009 a quem apostou na pesquisa vencedora, os patrocinadores Petrobras, Eletrosul, Companhia Estadual de Energia Eltrica (CEEE) e FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos do Ministrio da Cincia e Tecnologia). O projeto para a produo do dispositivo capaz de converter energia solar em eltrica recebeu investimentos de R$ 6 milhes e contou tambm com a coordenao da professora Izete Zanesco. Para aperfeioar o equipamento e provar a possibilidade de fabricao em escala industrial, desde 2004 Moehlecke e ela trabalham em uma planta-piloto, uma espcie de mini fbrica montada na PUC. A energia solar fotovoltaica a forma de energia renovvel que mais cresce em nvel mundial, com taxas de 60% a 80% ao ano. Mas no Brasil, no h indstrias com tecnologia comercial para a produo de mdulos que faam a converso. Agora, temos condies de transferir essa tecnologia a investidores interessados, comenta o professor e pesquisador. Moehlecke e Izete conseguiram desenvolver dois processos de fabricao de clulas solares, atingindo eficincias maiores que a mdia mundial, e tambm organizaram a cadeia de fornecedores de insumos para a possvel instalao de uma fbrica. 7.2 CASA EFICIENTE A ELETROSUL - Centrais Eltricas S.A. e a ELETROBRS - Centrais Eltricas Brasileiras S.A., atravs do PROCEL - Programa Nacional de Conservao de Energia

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Eltrica, em busca de solues inovadoras e eficientes no mbito da construo civil, visando o uso racional de energia, criaram, em parceria com a UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina/ LABEEE - Laboratrio de Eficincia Energtica em Edificaes, um projeto de uma residncia unifamiliar eficiente.

A Casa Eficiente foi projetada para se tornar uma vitrine de tecnologias de ponta de eficincia energtica e conforto ambiental para edificaes residenciais. Atualmente, tambm a sede do LMBEE - Laboratrio de Monitoramento Ambiental e Eficincia Energtica, onde so desenvolvidas atividades de pesquisa pela equipe da UFSC, transformando a Casa Eficiente em um centro de demonstrao do potencial de conforto, eficincia energtica e uso racional da gua das estratgias incorporadas ao projeto. O projeto possui sistemas e solues integradas para eficincia energtica e conforto trmico, incluindo tecnologias como gerao de energia fotovoltaica interligada rede, estratgias passivas de condicionamento de ar e aquecimento solar de gua. Alm de estratgias para o uso eficiente da gua, tais como: aproveitamento da gua de chuva, reuso de guas e utilizao de equipamentos que proporcionam baixo consumo de gua. A Casa27

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Eficiente uma proposta inovadora que funciona como ambiente para a demonstrao e para o desenvolvimento de atividades de ensino e pesquisa no mbito da construo civil.

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8 - AGRADECIMENTOAgradeo primeiramente a Deus por mesmo eu tendo me afastado dele na maior parte do meu curso, ele no ter se afastado de min. Agradeo aos meus pais, Edson e Maria Jos por absolutamente tudo. Cada um de seus atos foi uma oportunidade que eu tive para crescer e me tornar o que sou. Ao professor e amigo Dennys Lopes pelo tempo e pacincia a min dedicados e pelo esprito crtico o qual espero, pelo menos em parte, ter adquirido. Aos meus grandes amigos do Instituto quero agradecer os grandes momentos de alegria e tambm os de tristeza que compartilhamos. Meus mais sinceros agradecimentos ao Instituto Federal de Cincia e Tecnologia do Rio Grande do Norte e a Empresa Petrobrs pelas oportunidades dadas a min, pela fora, apoio e confiana.

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