Trabalho sobre energias renováveis e não renováveis

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Escola Superior de Tecnologia e Gestão Engenharia do Ambiente 2º ano,2º Semestre 2008/2009 Trabalho realizado por:

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Escola Superior de Tecnologia e Gesto Engenharia do Ambiente 2 ano,2 Semestre 2008/2009

Trabalho realizado por: Helena Nunes, n 8417; Natacha Alves, n 8567.

ndice1. Introduo..7 2. Energia de origens fsseis.9 2.1. Carvo..10 2.1.1. Formao de carvo.10

Energias renovveis e no renovveis2.1.2. Tipos de carvo11 2.1.2.1. Carvo vegetal.11 2.1.2.2. Carvo activado...11 2.1.2.3. Carvo mineral12 2.1.2.4. Turfa13 2.1.2.5. Antracite..13 2.1.2.6. Linhito.14 2.2. Petrleo14 2.2.1. Um pouco de histria..15 2.2.2. Origem.15 2.2.3. Onde encontrar petrleo..15 2.2.4. Principais pases produtores16 2.3. Gs natural...17 2.3.1. Um pouco de histria..18 2.3.2. Composio.18 2.3.3. Armazenamento e transporte...18 2.3.4. Explorao...19 2.3.5. Utilizao.19 2.3.6. Desvantagens...20 2.4. Impacto ambiental...20 3. Energias renovveis.22 3.1. Energia do hidrognio.22 3.1.1. Composio do hidrognio..22 3.1.2. Produo do hidrognio...23 3.1.3. Usos potenciais do hidrognio.....25 3.1.4. Armazenamento do hidrognio...27 3.2. Energia da biomassa27Engenharia do ambiente Pgina 2 de 82

Energias renovveis e no renovveis3.2.1. Um pouco de histria...28 3.2.2. Origem.29 3.2.3. Ciclo de vida da biomassa...29 3.2.4. Principais formas aproveitveis de biomassa no estado bruto30 3.2.5. Produtos que se destacam da energia da biomassa..30 3.2.5. 1. Biocombustiveis gasosos30 3.2.5.2. Biocombustveis lquidos31 3.2.5.3. Biomassa slida...31 3.2.6. Vantagens ...32 3.2.7. Desvantagens...32 3.2.8. Impacto ambiental...32 3.3. Energia elica..33 3.3.1. Um pouco de histria...34 3.3.2. Converso em energia mecnica.34 3.3.3. Converso em energia elctrica...35 3.3.4. Tipos de sistemas elicos35 3.3.5. Vantagens36 3.3.6. Desvantagens...37 3.4. Energia geotrmica..37 3.4.1. Rocha seca quente...38 3.4.2. Rocha hmida quente..39 3.4.3. Vapor seco...39 3.4.4. Alta temperatura..39 3.4.5. Baixa temperatura39 3.4.6. Tecnologia...40 3.4.7. Vantagens40 3.4.8. Desvantagens...40Engenharia do ambiente Pgina 3 de 82

Energias renovveis e no renovveis3.5. Energia das ondas, dos oceanos e mars OU maremotriz...41 3.5.1. Oceanos...42 3.5.2. Energia das ondas42 3.6. Energia hdrica.43 3.6.1. Centrais hidroelctricas...44 3.6.2. Barragem hidroelctrica..45 3.6.3. Tipos de barragens...48 4. Energia solar...49 4.1. Breve histria da energia solar;...49 4.2. Origem.51 4.3. Extraco/Converso e suas aplicaes(Utilizaes)..51 4.3.1. Energia solar trmica activa52 4.3.1.1. Princpio..52 4.3.1.2. Vantagens52 4.3.1.3. Desvantagens...52 4.3.1.4. Principais aplicaes...52 4.3.2. Energia solar elctrica ou fotovoltaica54 4.3.2.1. Princpio..54 4.3.2.2. Vantagens54 4.3.2.3. Desvantagens...54 4.3.2.4. Principais aplicaes...54 4.3.3. Energia solar passiva...55 4.3.3.1. Princpio..55 4.3.3.2. Vantagens....55 4.3.3.3. Principais aplicaes...55 4.4. Equipamentos..56 4.4.1. Colector solar...56Engenharia do ambiente Pgina 4 de 82

Energias renovveis e no renovveis4.4.1.1. Colector plano.56 4.4.1.2. Colectores concentradores...57 4.4.1.3. CPC ou colectores concentradores parablicos...57 4.4.1.4. Colectores de tubo de vcuo57 4.4.2. Tipos de sistemas solares trmicos..58 4.4.2.1. Circulao em termo sifo...58 4.4.2.2. Circulao forada...59 4.4.3. Energia solar ou fotovoltaica...60 4.4.3.1. Sistemas solares fotovoltaicos.60 4.4.4. Outras tecnologias...61 4.4.5. Tecnologias passivas...62 4.5. Vantagens e desvantagens da energia solar.62 4.6. Impacto ambiental...63 5. Energia nuclear65 5.1. Origem.65 5.2. Extraco/Converso66 5.2.1. Fisso nuclear..66 5.2.2. Fuso nuclear...68 5.3. Utilizao.69 5.3.1. Medicina nuclear.69 5.3.2. Radioterapia.69 5.3.3. Aplicaes na agricultura71 5.3.4. Aplicaes na indstria73 5.3.5. Gerao de energia..75 5.4. Impacto ambiental...76 5.4.1. Efeito das radiaes.76 5.5. Vantagens e desvantagens77Engenharia do ambiente Pgina 5 de 82

Energias renovveis e no renovveis5.6. Alguns acidentes nucleares..78 6. Concluso81 7. Bibliografia..82

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Energias renovveis e no renovveis

IntroduoPode definir-se o ambiente como tudo aquilo que nos rodeia, as cidades e aldeias, os desertos e florestas. Ao meio alterado pelo homem, como as cidades, vulgarmente se denomina por ambiente urbano, ao passo que os meios onde o homem ainda no deixou, ou afectou apenas levemente, denominam-se por ambiente natural. Com a industrializao, o Homem provocou desequilbrios entre a sua prpria aco e os ecossistemas naturais, foi ento que em 1972 surgiu o conceito de desenvolvimento sustentvel: o equilbrio entre a aco antropognica, o desenvolvimento econmico, o desenvolvimento Social e a Natureza. Desenvolvimento Sustentvel, segundo a Comisso mundial sobre o meio Ambiente e desenvolvimento (CMMAD) da organizao das naes Unidas um conjunto de processos e atitudes que atende s necessidades presentes sem comprometer a possibilidade de que as geraes futuras satisfaam as suas prprias necessidades. Na dcada de 60 surgem as primeiras comunidades sustentveis, ecovilas, que at hoje so exemplos plenos de como aliar o desenvolvimento sustentvel ao desenvolvimento humano integral, dentro dos novos paradigmas ecolgicos e sociais. O Desenvolvimento Sustentvel pretende encontrar o equilbrio entre proteco ambiental e desenvolvimento econmico e serviu como base para a formulao da Agenda 21, com a qual mais de 170 pases se comprometeram, por ocasio da Conferncia. Trata-se de um abrangente conjunto de metas para a criao de um mundo, enfim, equilibrado. O PII (Projecto de Implementao Internacional) apresenta quatro elementos principais do Desenvolvimento Sustentvel sociedade, ambiente, economia e cultura. Associaes e equipas em todo o mundo juntam-se no sentido de valorizar as energias que o nosso planeta possui. Estudos no sentido de aproveitamento energtico renovvel tm vindo a aumentar gradualmente ao longo dos anos sendo assim: - energia renovvel aquela que obtida de fontes naturais capazes de se regenerar, e portanto virtualmente inesgotveis, ao contrrio dos recursos noEngenharia do ambiente Pgina 7 de 82

Energias renovveis e no renovveisrenovveis. So conhecidas pela imensa quantidade de energia que contm, e porque so capazes de se regenerar por meios naturais enquanto que as energias no renovveis provem de combustveis fsseis que so fontes no-renovveis de energia( no possvel repor o que gastamos). Em algum momento vo acabar e podem ser necessrios milhes de anos de evoluo semelhante para poder contar novamente com eles. So aqueles cujas reservas so limitadas e esto sendo devastadas com a utilizao. As principais so a energia nuclear e os combustveis fsseis (petrleo, gs natural e carvo). A evoluo do mundo tende no sentido de melhorar o ar que respiramos e tornar o nosso planeta mais saudvel as energias renovveis tem baixos nveis de libertao de gases com efeito estufa apesar do seu uso ainda ser limitado, esta resposta as necessidades futuras As estimativas mundiais para o consumo de energia de um considervel aumento nas prximas dcadas e no mesmo perodo, o consumo de energia na Unio Europeia deve aumentar a uma proporo semelhante. Governos de estados membros tm sido constantemente alertados de que os mtodos tradicionais de produo de energia esto a contribuir para srios problemas ambientais e por tal vm com urgncia a utilizao de energias no poluentes. O sector das energias foi forado renovao dos processos, que se vm assim obrigados a optar pelas energias renovveis. Neste trabalho vamos descrever cada uma das vrias energias do planeta bem como as diversas caractersticas de cada uma delas.

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2. Energia de origens fsseisCombustvel fssil ou mais correctamente combustvel mineral uma substncia formada de compostos de carbono, usados como produtos para alimentar a combusto. A origem dos combustveis fosseis segundo a teoria biognica, que ainda a mais aceitvel, sugere que outros tipos de substncias oleaginosas extradas da crosta terrestre como o petrleo teriam origem comum ao carvo mineral j que o mesmo tambm abundantemente encontrado soterrado em minas terrestres. Dessa associao explica-se que as outras substncias usadas como combustvel porm encontradas a nveis mais baixos (negativo), foram gerados em funo desse efeito de fossilizao de animais e plantas, provocado por sua vez pela aco de presso e temperatura muito altas geradas h milhes de anos no processo de soterramento de outros tipos de material orgnico que por algum motivo no entraram na cadeia alimentar antes ou quando foram enterrados. Esta teoria explica a existncia de leo sob a crosta da Terra. a biognica, ou por outras palavras, afirma que o lquido natural constitudo de hidrocarbonetos que se encontra preenchendo os poros de rochas sedimentares, aglutinados em depsitos muito extensos sob o manto terrestre, tem origem na funo do processo de fossilizao de animais e plantas, que h milhes de anos teriam sido soterrados e submetidos aco de presso e temperaturas muito altas geradas de material orgnico em decomposio sobre a superfcie do planeta e que, com o tempo teriam se separado dos respectivos fsseis. Nesse caso a teoria ainda postula que os combustveis fosseis (assim chamados) seriam inesgotveis, j que contam com um grau de reposio varivel e compatvel com a matria orgnica constante na superfcie.

Os combustveis fsseis so recursos naturais no renovveisOs combustveis fsseis so formados pela decomposio de matria orgnica atravs de um processo que leva milhares e milhares de anos e, por este motivo, no so renovveis ao longo da escala de tempo humana, ainda que ao longo de uma escala de tempo geolgica esses combustveis continuem a serEngenharia do ambiente Pgina 9 de 82

Energias renovveis e no renovveisformados pela natureza. O carvo mineral, os derivados do petrleo (tais como a gasolina, leo diesel, leo combustvel, o GLP - ou gs de cozinha -, entre outros) e ainda, o gs natural, so os combustveis fsseis mais utilizados e mais conhecidos. Um grande problema desses combustveis o facto de serem finitos, o que faz com que a dependncia energtica a partir deles seja um problema quando esses recursos acabarem, embora de acordo com as teorias abiognicas os combustveis minerais so muito abundantes. Por isso o interesse em energias renovveis crescente. Outro problema que com a queima de combustveis minerais so produzidos gases que produzem o efeito estufa como o gs carbnico e metais pesados, como por exemplo o mercrio.

2.1. CarvoO carvo outra das formas de produzir energia, mas este pertence ao grupo das energias no renovveis, e assim no dura para sempre as suas reservas so limitadas, visto que o carvo foi formado ao longo de milhes de anos, pelo resultado da decomposio de vrios sedimentos orgnicos e vegetais e pelos vrios factores que influenciaram a terra, quando esgotarmos as reservas que existem hoje em dia no poderemos esperar para que se forme mais, assim h que saber utiliza-lo de uma forma racional; alm de se esgotar tambm polui como comum das fontes de energia no renovveis. O carvo emite principalmente trs tipos de gases que so o Co2, So2 e Nox. Logicamente o carvo s por si no tinha a capacidade de produzir energia elctrica, assim para produzir energia elctrica o carvo utilizado em centrais Termoelctrica, centrais estas que usam como combustvel principal o carvo, apesar de haver as que possam usar fuelleo.

2.1.1. Formao de carvoD-se a deposio de matria orgnica numa bacia (no local de formao ou no). De seguida comea a incarbonizao externa a uma pequena distncia da superfcie, na qual se decompe a matria orgnica em carbono e volteis, por meio de bactrias anaerbias que se alimentam de hidratos de carbono. A incarbonizao interna vem aps os terrenos sofrerem um abatimento ou subsidncia, estando assim em condies de maior presso e temperatura. Nestas condies vai durante largos perodos de tempo: diminuir o tamanho e aumentar a densidade; aumentar a percentagem de carbono por perda de outros componentes; diminuir a concentrao de volteis. Os carves pretos representam estgios de grandeEngenharia do ambiente Pgina 10 de 82

Energias renovveis e no renovveisperda de hidrognio de hidrocarbonetos que migram de grandes profundidades do interior da terra.

2.1.2. Tipos de carvo2.1.2.1. Carvo vegetal O carvo vegetal obtido a partir da queima ou carbonizao de madeira, aps esse processo resulta em uma substncia negra. No quotidiano o carvo vegetal utilizado como combustvel de aquecedores, lareira, churrasqueiras e foges a lenha, alm de abastecer alguns sectores industriais como as siderrgicas. O carvo tambm usado na medicina, nesse caso chamado de carvo activado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e no resinosas. Essa substncia tem sido utilizada desde a Antiguidade, na civilizao egpcia tinha seu uso difundido na purificao de leos e uso medicinal. Na Segunda Guerra serviu para a retirada de gases txicos a partir da sua elevada capacidade de absorver impurezas sem alterar a sua estrutura, devido a sua composio porosa. O carvo tambm se destaca na conduo de oxignio e um eficiente disseminador de toxinas. Diante de vrias indicaes positivas do carvo pode-se destacar o seu uso no tratamento de dores estomacais, mau hlito, aftas, gases intestinais, diarreias infecciosas, desinteria heptica e intoxicaes. Apesar dos benefcios Fig. 1- Carvo vegetal apresentados com a utilizao do carvo vegetal preciso analisar as consequncias que a sua produo provoca. Em primeiro lugar importante analisar o factor social, quando pessoas adultas e at crianas trabalham nas carvoarias na maioria das vezes em condies precrias de trabalho e baixssimos salrios. Outro factor no menos importante que o primeiro o ambiental, pois para o desenvolvimento dessa actividade diversas vezes preciso retirar a cobertura vegetal de importantes composies vegetativas contidas no territrio, que geralmente no so oriundos de madeiras de reflorestamento ou madeira cultivada para esse fim. 2.1.2.2. Carvo activadoEngenharia do ambiente Pgina 11 de 82

Energias renovveis e no renovveisO carvo activado um material de carbono com uma porosidade bastante desenvolvida. Com o recurso a tcnicas de absoro de azoto a 77 K, pode verificar-se que contm essencialmente microporos. O carvo activado tem a capacidade de colectar selectivamente gases, lquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de clarificao, desodorizao e purificao de lquidos ou gases. Este tipo de carvo obtido a partir da Fig. 2 - Carvo activado queima controlada com baixo teor de oxignio de certas madeiras, a uma temperatura de 800C a 1000C, tomando-se o cuidado de evitar que ocorra a queima total do material de forma a manter sua porosidade Os usos mais comuns para o carvo activado so a absoro de gases (na forma de filtros) e no tratamento de guas, onde o carvo se destaca por reter nos seus poros impurezas e elementos poluentes. utilizado em diversos ramos das indstrias qumica, alimentcia e farmacutica, da medicina e em sistemas de filtragem, bem como no tratamento de efluentes e gases txicos resultantes de processos industriais. 2.1.2.3. Carvo mineral O carvo mineral ou simplesmente carvo um combustvel fssil slido formado a partir da matria orgnica de vegetais depositados em bacias sedimentares. Por aco de presso e temperatura em ambiente sem contacto com o ar, em decorrncia de soterramento e actividade orognica, os restos vegetais ao longo do tempo geolgico se solidificam, perdem oxignio e hidrognio e se enriquecem em carbono, em um processo denominada carbonizao. Quanto mais intensas a presso e a temperatura a que a camada de matria vegetal for submetida, e quanto mais tempo durar o processo, mais alto ser o grau de carbonizao atingido, ou rank, e maior a qualidade do carvo. Os diversos estgios de carbonizao, do menor para o maior rank, so dados pelo esquema: turfa - sapropelito - linhito carvo sub-betuminoso - carvo betuminoso - antracito. O estgio mnimo para a utilizao industrial do carvo o do linhito. Outro ndice qualitativo do carvo o grade, que mede de forma inversamente proporcional o percentual em massa de matria mineral incombustvel (cinzas) presente na camada carbonfera. Um baixo grade significa que o carvo possui um alto percentual de cinzas misturado matria carbonosa, consequentemente, empobrecendo a sua qualidade. 2.1.2.4. TurfaEngenharia do ambiente Pgina 12 de 82

Energias renovveis e no renovveisA turfa um material de origem vegetal, parcialmente decomposto, encontrado em camadas, geralmente em regies pantanosas e tambm sobre montanhas (turfa de altitude). formada principalmente por Sphagnum (esfagno, grupo de musgos) e Hypnum, mas tambm de juncos, rvores, etc. Sob condies geolgicas adequadas, transformam-se em carvo, atravs de emanaes de metano vindo das profundezas e da preservao em ambiente anxico. utilizada como combustvel para aquecimento domstico. Sua composio definida como Substncias Hmicas (cido Hmico, cido flvico e Humina) e Substncias No hmicas. Substncias Hmicas possuem estrutura qumica no bem definida, sabe-se que possuem stios de adsoro compostos por grupos cidos carboxlicos, cetona, hidroxilas fenlicas e alcolicas. J a Substncia no hmica composta por estruturas bem definidas, como lignina, protenas, etc. Por conter em sua estrutura estes grupos funcionais, utilizada como adsorvente de vrios metais pesados presentes em ambientes aquticos e em solos, onde complexam esses metais, contribuindo para o equilbrio do meio ambiente. 2.1.2.5. Antracite O antracite, ou o antracito, uma variedade compacta e dura do mineral carvo que possui elevado lustre. Difere do carvo betuminoso por conter pouco ou nenhum betume, o que faz com que arda com uma chama quase invisvel. Os espcimes mais puros so compostos quase inteiramente por carbono. Um antracito libera alta energia por quilo e queima limpidamente com pouca fuligem, o que o faz uma Fig.3 - Bloco de antracite variedade carvo procurado e desta forma de valor mais alto. tambm usado como um filtro mdio.

2.1.2.6. LinhitoO lignito ou linhito (em Portugal, a lenhite) um tipo de carvo com elevado teor de carbono na sua constituio (65 a 75%). A sua cor acastanhada e encontra-se geralmente, mais superfcie, por ter sofrido menor presso. A sua extraco relativamente fcil e pouco dispendiosa.

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Energias renovveis e no renovveisQuando uma queima origina muita cinza. Em termos geolgicos um carvo recente. Trata-se do nico tipo de carvo estritamente biolgico e fssil, formado por matria orgnica vegetal.Fig.4 - Linhito

2.2. Petrleo

O petrleo (do latim petroleum, petrus, pedra e oleum, leo, do grego (petrlaion), "leo da pedra", do grego antigo (petra), pedra + (elaion) leo de oliva, qualquer substncia oleosa.), no sentido de leo bruto, uma substncia oleosa, inflamvel, geralmente menos densa que a gua, com cheiro caracterstico e colorao que pode variar desde o incolor ou castanho claro at o preto, passando por verde e castanho. O petrleo um recurso natural abundante, porm a sua pesquisa envolve elevados custos e complexidade de estudos. tambm actualmente a principal fonte de energia. Serve como base para fabricao dos mais variados produtos, dentre os quais destacam-se: benzinas, leo diesel, gasolina, alcatro, polmeros plsticos e at mesmo medicamentos. J provocou muitas guerras, e a principal fonte de renda de muitos pases, sobretudo no Medio Oriente. Alm de gerar a gasolina e gasleo que serve de combustvel para grande parte dos automveis que circulam no mundo, vrios produtos so derivados do petrleo como, por exemplo, a parafina, GLP, produtos asflticos, nafta petroqumica, querosene, solventes, leos combustveis, leos lubrificantes, leo diesel e combustvel de aviao.

2.2.1. Um pouco de HistriaRegistos histricos da utilizao do petrleo remontam a 4000 a.C. devido a exsudaes e afloramentos frequentes no Oriente Mdio. Os povos da Mesopotmia, do Egipto, da Prsia e da Judeia j utilizavam o betume para pavimentao de estradas, calafetao de grandes construes, aquecimento e iluminao de casas, bem como lubrificantes e at laxativo. No incio da era crist, os rabes davam ao petrleo fins blicos e de iluminao. O petrleo de Baku, no Azerbaijo, j era produzido em escala comercial, para os padres da poca, quando Marco Polo viajou pelo norte da Prsia, em 1271.Engenharia do ambiente Pgina 14 de 82

Energias renovveis e no renovveisA histria da explorao petrolfera no Oriente Mdio nasceu da rivalidade entre a Gr-Bretanha e o Imprio Russo.

2.2.2. OrigemA hiptese mais aceite tem em conta o aumento da temperatura em que as molculas do querognio comeariam a ser quebradas gerando compostos orgnicos lquidos e gasosos, num processo denominado catagnese. Para se ter uma acumulao de petrleo seria necessrio que, aps o processo de gerao e expulso, ocorresse a migrao do leo ou gs atravs das camadas de rochas adjacentes e porosas, at encontrar uma rocha selante e uma estrutura geolgica que detenha seu caminho, sobre a qual ocorrer a acumulao do leo ou gs em uma rocha porosa chamada rocha reservatrio. de aceitao para a maioria dos gelogos e geoqumicos, que ele se forme a partir de substncias orgnicas procedentes da superfcie terrestre (detritos orgnicos), mas esta no a nica teoria sobre a sua formao. Uma outra hiptese, datada do sculo XIX, defende que o petrleo teve uma origem inorgnica, a partir dos depsitos de carbono que possivelmente foram formados com a formao da Terra.

2.2.3. Onde encontrar petrleoO petrleo est associado a grandes estruturas que comunicam a crosta e o manto da terra, sobretudo nos limites entre placas tectnicas. O petrleo e gs natural so encontrados tanto em terra quanto no mar, principalmente nas bacias sedimentares (onde se encontram meios mais porosos - reservatrios), mas tambm em rochas cristalinas. Os hidrocarbonetos, portanto, ocupam espaos porosos nas rochas, sejam eles entre gros ou fracturas. So efectuados estudos das potencialidades das estruturas acumuladoras (armadilhas ou trapas), principalmente atravs de ssmica que o principal mtodo geofsico para a pesquisa dos hidrocarbonetos. Durante a perfurao de um poo, as rochas atravessadas so descritas, pesquisando-se a ocorrncia de indcios de hidrocarbonetos. Logo aps a perfurao so investigadas as propriedades radioactivas, elctricas, magnticas e elsticas das rochas da parede do poo atravs de ferramentas especiais (perfilagem) as quais tambmEngenharia do ambiente Pgina 15 de 82

Fig.5 - Esquema de uma bomba para extraco de petrleo

Energias renovveis e no renovveispermitem ler as propriedades fsicas das rochas, identificar e avaliar a ocorrncia de hidrocarbonetos..

2.2.4. Principais pases produtores de petrleo

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2.3. Gs naturalO gs natural uma mistura de hidrocarbonetos leves encontrada no subsolo, na qual o metano tem uma participao superior a 70 % em volume. A composio do gs natural pode variar bastante dependendo de factores relativos ao campo em que o gs produzido, processo de produo, condicionamento, processamento, e transporte. O gs natural encontrado no subsolo, por acumulaes em rochas porosas, isoladas do exterior por rochas impermeveis, associadas ou no a depsitos petrolferos. o resultado da degradao da matria orgnica de forma anaerbica oriunda de quantidades extraordinrias de micro organismos que, em eras pr-histricas, se acumulavam nas guas litorais dos mares da poca. Essa matria orgnica foi soterrada a grandes profundidades e, por isto, sua degradao se deu fora do contacto com o ar, a grandes temperaturas e sob fortes presses. O gs natural " a poro do petrleo que existe na fase gasosa ou em soluo no leo, nas condies originais de reservatrio, e que permanece noEngenharia do ambiente Pgina 17 de 82

Energias renovveis e no renovveisestado gasoso em PTN (condies normais de temperatura e presso)"

2.3.1. Um pouco de histriaO gs natural passou a ser utilizado em maior escala na Europa no final do sculo XIX, com a inveno do queimador Bunsen, em 1885, que misturava ar com gs natural e com a construo de um gasoduto prova de vazamentos, em 1890. Porm as tcnicas de construo de gasodutos eram incipientes, no havendo transporte de grandes volumes a longas distncias, consequentemente, era pequena a participao do gs em relao ao leo e ao carvo. Entre 1927 e 1931, j existiam mais de 10 linhas de transmisso de porte nos Estados Unidos, mas sem alcance interestadual, no final de 1930 os avanos da tecnologia j viabilizavam o transporte do gs para longos percursos. A primeira edio da norma americana para sistemas de transporte e distribuio de gs data de 1935. O grande crescimento das construes ps-guerra, durou at 1960, foi responsvel pela instalao de milhares de quilmetros de gasodutos, dado os avanos em metalurgia, tcnicas de soldagem e construo de tubos. Desde ento, o gs natural passou a ser utilizado em grande escala por vrios pases, dentre os quais podemos destacar os Estados Unidos, Canad, Japo alm da grande maioria dos pases Europeus, isso deve se principalmente as inmeras vantagens econmicas e ambientais que o gs natural apresenta.

2.3.2. ComposioA composio do gs natural pode variar muito, dependendo de factores relativos ao reservatrio, processo de produo, condicionamento, processamento, e transporte. De uma maneira geral, o gs natural apresenta teor de metano superiores a 70% de sua composio, densidade menor que 1 (mais leve que o ar) e poder calorfico superior entre 8.000 e 10.000 kcal / m3, dependendo dos teores de pesados (Etano e propano principalmente) e inertes (Nitrognio e gs carbnico). H2S Mximo - 10 mg/m3

2.3.3. Armazenamento e transporteAo contrrio do que ocorre com a maioria dos combustveis fsseis, facilmente armazenveis, a deciso de investimento em gs natural depende da negociao prvia de contratos de fornecimento de longo prazo, do produtor ao consumidor. Essas caractersticas tcnico-econmicas configuram num modo de organizao no qual o suprimento do servio depende, previamente, da implantao de redes de transporte e de distribuio, bem como na implantaoEngenharia do ambiente Pgina 18 de 82

Energias renovveis e no renovveisde um sistema de coordenao dos fluxos, visando o ajuste da oferta e da demanda, sem colocar em risco a confiabilidade do sistema.

2.3.4. ExploraoA explorao a etapa inicial dentro da cadeia de gs natural, consistindo em duas fases. A primeira fase a pesquisa atravs de testes ssmicos verifica-se a existncia em bacias sedimentares de rochas reservatrias (estruturas propcias de petrleo e gs natural). Caso o resultado das pesquisas seja positivo, inicia-se a segunda fase, e perfurado um poo pioneiro e poos de delimitao para comprovao da existncia gs natural ou petrleo em nvel comercial e mapeamento do reservatrio, que ser encaminhado para a produo. Os reservatrios de gs natural so constitudos de rochas porosas capazes de reter petrleo e gs. Em funo do teor de petrleo bruto e de gs livre, classifica-se o gs, quanto ao seu estado de origem, em gs associado e gs noassociado. Gs associado: aquele que, no reservatrio, est dissolvido no leo ou sob a forma de capa de gs. Neste caso, a produo de gs determinada basicamente pela produo de leo. Boa parte do gs utilizada pelo prprio sistema de produo, podendo ser usada em processos conhecidos como reinjeo e gs lift, com a finalidade de aumentar a recuperao de petrleo do reservatrio, ou mesmo consumida para gerao de energia para a prpria unidade de produo, que normalmente fica em locais isolados. Ex: Campo de Urucu no Estado do Amazonas Gs no-associado: aquele que, no reservatrio, est livre ou em presena de quantidades muito pequenas de leo. Nesse caso s se justifica comercialmente produzir o gs. Ex: Campo de San Alberto na Bolivia. 2.3.5. Utilizao O gs natural empregue directamente como combustvel, tanto em indstrias, casas e automveis. considerado uma fonte de energia mais limpa que os derivados do petrleo e o carvo. Alguns dos gases de sua composio so eliminados porque no possuem capacidade energtica (nitrognio ou CO2) ou porque podem deixar resduos nos condutores devido ao seu alto peso molecular em comparao ao metano (butano e mais pesados). Combustvel: A sua combusto mais limpa e d uma vida mais longa aos equipamentos que utilizam o gs e menor custo de manuteno.Engenharia do ambiente Pgina 19 de 82

Energias renovveis e no renovveisAutomotivo: Utilizado para motores de autocarros, automveis e caminhes substituindo a gasolina e o lcool, pode ser at 70% mais barato que outros combustveis e menos poluente. Industrial: Utilizada em indstrias para a produo de metanol, amnia e ureia.

2.3.6. DesvantagensAs desvantagens do gs natural em relao ao butano so: Mais difcil de ser transportado, devido ao fato de ocupar maior volume, mesmo pressurizado, tambm mais difcil de ser liquificado, requerendo temperaturas da ordem de -160C. Algumas jazidas de gs natural podem conter mercrio associado. Tratase de um metal altamente txico e deve ser removido no tratamento do gs natural. O mercrio proveniente de grandes profundidades no interior da terra e ascende junto com os hidrocarbonetos, formando complexos organo-metlicos. Actualmente esto sendo investigadas as jazidas de hidratos de metano que se estima haver reservas energticas muito superiores s actuais de gs natural.

2.4. Impacto ambientalAs consequncias ambientais do processo de industrializao e do inerente e progressivo consumo de combustveis fsseis - leia-se energia -, destaca-se o aumento da contaminao do ar por gases e material, provenientes justamente da queima destes combustveis, gerando uma srie de impactos locais sobre a sade humana. Outros gases causam impactos em regies diferentes dos pontos a partir dos quais so emitidos, como o caso da chuva cida. A mudana global do clima um outro problema ambiental, porm bastante mais complexo e que traz consequncias possivelmente catastrficas. Este problema vem sendo causado pela intensificao do efeito estufa que, por sua vez, est relacionada ao aumento da concentrao, na atmosfera da Terra, de gases que possuem caractersticas especficas. Estes gases permitem a entrada da luz solar, mas impedem que parte do calor no qual a luz se transforma volte para o espao. Este processo de aprisionamento do calor anlogo ao que ocorre em uma estufa - da o nome atribudo a esse fenmeno e tambm aos gases que possuem essa propriedade de aprisionamento parcial de calor, chamados de

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Energias renovveis e no renovveisgases do efeito estufa (GEE), dentre os quais destaca-se o dixido de carbono (CO2). importante notar que o dixido de carbono, bem como os outros GEE em geral (vapor d'gua, por exemplo), no causam, em absoluto, nenhum dano sade e no "sujam" o meio ambiente. Seria incorreto classificar estes gases como poluentes -, j que os mesmos no possuem as duas caractersticas bsicas de um poluente segundo a definio tradicional do termo (idia de dano sade e/ou sujeira). Todavia, novas definies de poluio, mais tcnicas e abrangentes, fizeram-se necessrias e surgiram ao longo da ltima dcada, fazendo com que os gases de efeito estufa fossem classificados como poluentes.

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3. Energias renovveis3.1. Energia do hidrognio3.1.1. Composio do HidrognioO hidrognio o mais simples e mais comum elemento do universo. Possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustvel conhecido - 52.000 BTU - British Thermal Fig. 6 - Smbolo qumico do hidrognio Units (Unidades Trmicas Britnicas) por libra (ou 120,7kJ por grama). Alm disso, quando fica no estado lquido, este combustvel de baixo peso molecular ocupa um espao equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. Esta uma das razes pelas quais o hidrognio utilizado como combustvel para propulso de foguetes e cpsulas espaciais, que requerem combustveis de baixo peso, compactos e com grande capacidade de armazenamento de energia. No estado natural e sob condies normais, o hidrognio um gs incolor, inodoro e inspido. O hidrognio molecular (H2) existe como dois tomos ligados pelo compartilhamento de eltrons - ligao covalente. Cada tomo composto por um prton e um eltron. Alguns cientistas acreditam que este elemento d origem a todos os demais por processos de fuso nuclear. O hidrognio normalmente existe combinado com outros elementos, como o oxignio na gua, o carbono no metano, e na maioria dos compostos orgnicos. Como quimicamente muito activo, raramente permanece sozinho como um nico elemento. Quando queimado com oxignio puro, os nicos produtos so calor e gua. Quando queimado com ar, constitudo por cerca de 68% de nitrognio, alguns xidos de nitrognio (NOX) so formados. Ainda assim, a queima de hidrognio produz menos poluentes atmosfricos que os combustveis fsseis.

3.1.2. Produo de HidrognioEngenharia do ambiente Pgina 22 de 82

Energias renovveis e no renovveisO hidrognio ligado em compostos orgnicos e na gua constitui 70% da superfcie terrestre. A quebra destas ligaes na gua permite produzir hidrognio e ento utiliza-lo como combustvel. Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligaes. A seguir esto descritos alguns mtodos para a produo de hidrognio e que ou esto actualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento. A maior parte do hidrognio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petrleo e produo de compostos qumicos. A reforma de vapor utiliza energia trmica para separar o hidrognio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reao destes combustveis com vapor em superfcies catalticas. O primeiro passo da reao decompe o combustvel em gua e monxido de carbono (CO). Ento, uma reao posterior transforma o monxido de carbono e a gua em dixido de carbono (CO2) e hidrognio (H2). Estas reaes ocorrem sob temperaturas de 200C ou maiores. Outro modo de produzir hidrognio por eletrlise, onde os elementos da gua, o hidrognio e o oxignio, so separados pela passagem de uma corrente eltrica. A adio de um eletrlito como um sal aumenta a condutividade da gua e melhora a eficincia do processo. A carga eltrica quebra a ligao qumica entre os tomos de hidrognio e o de oxignio e separa os componentes atmicos, criando partculas carregadas (ons). Os ons formam-se em dois plos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente. O hidrognio concentra-se no ctodo e o anodo atrai o oxignio. Uma voltagem de 1,24V necessria para separar os tomos de oxignio e de hidrognio em gua pura a uma temperatura de 25C e uma presso de 1,03kg/cm2. Esta tenso varia conforme a presso ou a temperatura so alteradas. A menor quantidade de eletricidade necessria para eletrolisar um mol de gua de 65,3Watts-hora (a 25C). A produo de um metro cbico de hidrognio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia eltrica (ou 4,8kWh por metro cbico). Fontes renovveis de energia podem produzir eletricidade por eletrlise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State Universityprojetou e construiu um sistema solar de hidrognio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aerao dos tanques de peixes. A energia no utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 ps cbicos padres deEngenharia do ambiente Pgina 23 de 82

Energias renovveis e no renovveishidrognio por hora (25 litros por minuto). A unidade est operando sem superviso desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico no fornece energia suficiente, o hidrognio fornece combustvel para uma clula de combustvel por membrana de troca fotnica de 1,5kW para fornecer a energia necessria aos compressores. Fig .7 -

Sistema solar de hidrognio

A eletrlise de vapor uma variao do processo convencional de eletrlise. Uma parte da energia necessria para decompor a gua adicionada na forma de calor ao invs de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrlise convencional. A 2500C a gua se decompe em hidrognio e oxignio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentrao de energia solar. O problema neste processo impedir a recombinao do hidrognio e do oxignio sob as altas temperaturas utilizadas no processo. A decomposio termoqumica da gua utiliza produtos qumicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinao provoca a decomposio da molcula de gua. Este processo possui vrias etapas usualmente trs - para atingir o processo inteiro. Processos foto eletroqumicos utilizam dois tipos de sistemas eletroqumicos para produzir hidrognio. Um utiliza complexos metlicos hidrossolveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfcies semicondutoras. Quando o complexo metlico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga eltrica que inicia a reao de decomposio da gua. Este processo imita a fotossntese. O outro mtodo utiliza eletrodos semicondutores em uma clula fotoqumica para converter a energia eletromagntica em qumica. A superfcie semicondutora possui duas funes: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corroso induzida pela luz limita o tempo de vida til do semicondutor. Processos biolgicos e fotobiolgicos utilizam algas e bactrias para produzir hidrognio. Sob condies especficas, os pigmentos em certos tipos de algas absorvem energia solar. As enzimas na clula de energia agem como catalisadores para decompor as molculas de gua. Algumas bactrias tambm so capazes de produzir hidrognio, mas diferentemente das algas necessitam deEngenharia do ambiente Pgina 24 de 82

Energias renovveis e no renovveissubstratos para seu crescimento. Os organismos no apenas produzem hidrognio, mas tambm podem limpar poluio ambiental. Outra fonte de hidrognio por processos naturais utiliza o metano e o metanol. O metano (CH4) um componente do "biogs", produzido por bactrias anaerbias. Estas bactrias so encontradas em grande quantidade no ambiente. Elas quebram, ou digerem, matria orgnica na ausncia de oxignio e produzem o "biogs" como resduo metablico. Fontes de biogs incluem os lixes, o esterco de gado ou porcos e as estaes de tratamento de guas e esgotos. O metano tambm o principal componente do gs natural (um grande combustvel utilizado para aquecimento e geradoras de energia eltrica) produzido por bactrias anaerbias h milhes de anos atrs. O etanol produzido pela fermentao da biomassa. A maior parte do etanol combustvel dos Estados Unidos produzido pela fermentao do milho.

3.1.3. Usos Potenciais do HidrognioOs sectores de transporte, industrial e residencial nos Estados Unidos tm utilizado o hidrognio h muitos anos. No incio do sculo XIX muitas pessoas utilizaram um combustvel denominado "gs da cidade", que era uma mistura de hidrognio e monxido de carbono. Muitos pases, incluindo o Brasil e a Alemanha, continuam distribuindo este combustvel. Aeronaves (dirigveis e bales) usam hidrognio para transporte. Actualmente, algumas indstrias utilizam hidrognio para refinar petrleo, e para produzir amnia e metanol. As naves espaciais utilizam hidrognio como combustvel para os foguetes. Com pesquisas futuras, o hidrognio poder fornecer eletricidade e combustvel para os sectores residencial, comercial, industrial e de transporte, criando uma nova economia energtica. Quando armazenado adequadamente, o hidrognio combustvel pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no lquido. Os motores de veculos e os fornos industriais podem facilmente ser convertidos para utilizar hidrognio como combustvel. Desde a dcada de 1950, o hidrognio abastece alguns avies. Fabricantes de automveis desenvolveram carros movidos a hidrognio. A queima de hidrognio 50% mais eficiente que a da gasolina e gera menos poluio ambiental. O hidrognio apresenta uma maior velocidade de combusto, limites mais altos de inflamabilidade, temperaturas de detonao mais altas, queima mais quente e necessita de menor energia de ignio que a gasolina. Isto querPgina 25 de 82

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Energias renovveis e no renovveisdizer que o hidrognio queima mais rapidamente, mas traz consigo os perigos de pr-ignio e flashback. Apesar de o hidrognio apresentar suas vantagens como combustvel para veculos, ainda tem um longo caminho de desenvolvimento a percorrer antes de poder ser utilizado como um substituto para a gasolina. As clulas de energia utilizam um tipo de tecnologia que usam o hidrognio para produzir energia til. Nestas clulas, o processo de eletrlise revertido para combinar o hidrognio e o oxignio atravs de um processo eletroqumico, que produz eletricidade, calor e gua. O Programa Espacial dos Estados Unidos tem utilizado as clulas de energia para fornecer eletricidade s cpsulas espaciais h dcadas. Clulas de energia capazes de fornecer eletricidade para mover os motores de automveis e autocarros tm sido desenvolvidas. Muitas companhias esto a desenvolver clulas de energia para usinas estacionrias. Uma clula de energia funciona como uma bateria que nunca pra de funcionar e no precisa de recarga. Ela ir produzir eletricidade e calor sempre que um combustvel (no caso, o hidrognio) for fornecido. Uma clula de energia consiste de dois eletrodos - um negativo (nodo) e um positivo (ctodo) - imersos em um eletrlito. O hidrognio inserido na clula pelo nodo, e o oxignio pelo ctodo. Activados por um catalisador, os tomos de hidrognio separam-se em protes e elctres, que tomam caminhos diferentes no ctodo. Os electres saem por um circuito externo, gerando eletricidade. Os protes migram atravs do eletrlito ao ctodo, onde se reunem com o oxignio e os electres para gerar gua e calor. As clulas de energia podem ser utilizadas para mover os motores de veculos ou para fornecer eletricidade e calor s edificaes. O hidrognio pode ser considerado como uma forma de armazenar energia produzida de fontes renovveis como a solar, elica, hdrica, geotrmica o biolgica. Por exemplo, quando o sol estiver a por, sistemas fotovoltaicos podem fornecer a eletricidade necessria para produzir o hidrognio por eletrlise. O hidrognio pode ento ser armazenado e queimado como um combustvel, ou para funcionar como uma clula de energia para gerar eletricidade noite ou em tempo nebulado.

3.1.4. Armazenamento do HidrognioPara se utilizar o hidrognio em larga escala de maneira segura, sistemas prticos de armazenamento devem ser desenvolvidos, especialmente para osEngenharia do ambiente Pgina 26 de 82

Energias renovveis e no renovveisautomveis. Apesar de o hidrognio poder ser armazenado no estado lquido, este um processo difcil porque deve ser resfriado a -253C. A refrigerao do hidrognio a esta temperatura utiliza o equivalente a 25 ou 30% de sua energia total, e requer materiais e manipulao especiais. Para refrigerar aproximadamente 0,5kg de hidrognio so necessrios 5kWh de energia eltrica. O hidrognio tambm pode ser armazenado como gs, que utiliza muito menos energia que aquela necessria para fazer hidrognio lquido. O gs hidrognio pode ento ser transportado e levado s residncias da mesma maneira que o gs natural. Apesar desta tcnica ser til para a utilizao do hidrognio como combustvel de aquecimento, no o para utilizao em veculos porque os tanques de metal necessrios para armazenar o hidrognio so muito caros.

3.2. Energia da biomassaDo ponto de vista da gerao de energia, o termo biomassa abrange os derivados recentes de organismos vivos utilizados como combustveis ou para a sua produo. Do ponto de vista da ecologia, biomassa a quantidade total de matria viva existente num ecossistema ou numa populao animal ou vegetal. Os dois conceitos esto, portanto, interligados, embora sejam diferentes. Na definio de biomassa para a gerao de energia excluem-se os tradicionais combustveis fsseis, embora estes tambm sejam derivados da vida vegetal (carvo mineral) ou animal (petrleo e gs natural), mas so resultado de vrias transformaes que requerem milhes de anos para acontecerem. A biomassa pode considerar-se um recurso natural renovvel, enquanto os combustveis fsseis no se renovam a curto prazo. A biomassa utilizada na produo de energia a partir de processos como a combusto de material orgnico produzida e acumulada em um ecossistema, porm nem toda a produo primria passa a incrementar a biomassa vegetal do ecossistema. Parte dessa energia acumulada empregada pelo ecossistema para sua prpria manuteno. Suas vantagens so o baixo custo, renovvel, permite o reaproveitamento de resduos e menos poluente que outras formas de energias como aquela obtida a partir de combustveis fsseis. A queima de biomassa provoca a liberao de dixido de carbono na atmosfera, mas como este composto havia sido previamente absorvido pelas plantas que deram origem ao combustvel, o balano de emisses de CO2 nulo A Biomassa a massa total de organismos vivos numa dada rea. Esta massa constitui uma importante reserva de energia, pois constituda essencialmenteEngenharia do ambiente Pgina 27 de 82

Energias renovveis e no renovveispor hidratos de carbono. Dentro da biomassa, podemos distinguir algumas fontes de energia com potencial energtico considervel tais como: a madeira (e seus resduos), os resduos agrcolas, os resduos municipais slidos, os resduos dos animais, os resduos da produo alimentar, as plantas aquticas, e as algas.

3.2.1. Um pouco de histriaUm dos primeiros empregos da biomassa pelo ser humano para adquirir energia teve incio com a utilizao do fogo como fonte de calor e luz. O domnio desse recurso natural trouxe ao homem a possibilidade de explorao dos minerais, minrios e metais, marcando novo perodo antropolgico. A madeira do mesmo modo foi por um longo perodo de tempo a principal fonte energtica, com ela a coco, a siderurgia e a cermica foram empreendidas. leos de fontes diversas eram utilizados em menor escala. O grande salto da biomassa deu-se com o advento da lenha na siderurgia, no perodo da Revoluo Industrial. Nos anos que compreenderam o sculo XIX, com a revelao da tecnologia a vapor, a biomassa passou a ter papel primordial tambm para obteno de energia mecnica com aplicaes em sectores na indstria e nos transportes. A despeito do incio da explorao dos combustveis fsseis, como o carvo mineral e o petrleo, a lenha continuou desempenhando importante papel energtico, principalmente nos pases tropicais. Durante os colapsos de fornecimento de petrleo que ocorreram durante a dcada de 1970, essa importncia se tornou evidente pela ampla utilizao de artigos procedentes da biomassa como lcool, gs de madeira, biogs e leos vegetais nos motores de combusto interna. No obstante, os motores de combusto interna foram primeiramente testados com derivados de biomassa, sendo praticamente unnime a declarao de que os combustveis fsseis s obtiveram primazia por factores econmicos, como oferta e procura, nunca por questes tcnicas de adequao.

3.2.2. OrigemPara obteno das mais variadas fontes de energia, a biomassa pode ser utilizada de maneira vasta, directa ou indirectamente. O menor percentual de poluio atmosfrica global e localizado, a estabilidade do ciclo do carbono e o maior emprego de mo-de-obra, podem ser mencionados como alguns dos benefcios de sua utilizao.

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Energias renovveis e no renovveisIgualmente, em relao a outras formas de energias renovveis, a biomassa, como energia qumica, tem posio de destaque devido alta densidade energtica e pelas facilidades de armazenamento, cmbio e transporte. A semelhana entre os motores e sistemas de produo de energia de biomassa e de energia fssil outra vantagem, dessa forma a substituio no teria um efeito to importante, nem na indstria de produo de equipamentos, nem nas bases institudas para transporte e fabricao de energia elctrica. A lenha muito utilizada para produo de energia por biomassa. A grande desvantagem a desflorestao.

3.2.3. Ciclo de vida da biomassaA matria orgnica produzida pelas plantas atravs da fotossntese processo que utiliza a radiao solar como fonte energtica. Graas a grande cadeia alimentar, onde a base primria so os vegetais, essa energia repassada para os animais, directamente para os herbvoros e destes para os carnvoros primrios e secundrios. Plantas, animais e seus derivados so biomassa. A sua utilizao como combustvel pode ser feita na sua forma bruta ou atravs de seus derivados. Madeira, produtos e resduos agrcolas, resduos florestais, excrementos animais, carvo vegetal, lcool, leos animais, leos vegetais, gs pobre, biogs so formas de biomassa utilizadas como combustvel. A renovao da biomassa d-se atravs do chamado ciclo do carbono. A decomposio ou a queima da matria orgnica ou de seus derivados provoca a liberao de CO2 (dixido de carbono) na atmosfera. As plantas, atravs da fotossntese, transformam o CO2 e gua nos hidratos de carbono, que compe sua massa viva, liberando oxignio. Desta forma a utilizao da biomassa, desde que no seja de maneira predatria, no altera a composio mdia da atmosfera ao longo do tempo.

3.2.4. Principais formas aproveitveis da biomassa no estado bruto Madeira Produtos e resduos agrcolas Resduos florestais Resduos pecurios Lixo Algumas formas de obteno de derivados Prensagem de resduos: produo de briquetesEngenharia do ambiente Pgina 29 de 82

Energias renovveis e no renovveis Pirlise parcial: produo de carvo vegetal Gaseificao por pirlise: produo de gs pobre Fermentao anaerbica: produo de biogs Fermentao enzimtica e destilao: produo de lcool Processos compostos: produo de leos vegetais

3.2.5. Produtos que se destacam da energia da biomassa.3.2.5.1. Biocombustveis gasosos: biogs

Tem origem nos efluentes agro-pecurios, da agro-indstria e urbanos (lamas das estaes de tratamento dos efluentes domsticos) e ainda nos aterros de RSU (Resduos Slidos Urbanos). Este resulta da degradao biolgica anaerbia da matria orgnica contida nos resduos anteriormente referidos e constitudo por uma mistura de metano (CH4) em percentagens que variam entre os 50% e os 70% sendo o restante essencialmente CO2. A sua obteno faz-se a partir da degradao biolgica anaerbia da matria orgnica contida nos resduos como efluentes agro-pecurios, da agroindstria e urbanos, obtendo-se uma mistura gasosa de metano e dixido de carbono (biogs), aproveitando o seu potencial energtico atravs da queima para obteno de energia trmica ou elctrica. 3.2.5.2. Biocombustveis lquidos Os biocombustveis (biodiesel, etanol, metanol) podem ser utilizados na substituio total ou parcial como combustveis para veculos motorizados. No caso do biodiesel a sua utilizao, com uma percentagem at 30%, possvel em motores de Diesel convencionais, sem alteraes ao motor. Podendo ser utilizados com concentraes at 100% em motores especialmente preparados para o efeito. 3.2.5.3. Biomassa slida Na recolha e transporte da biomassa so utilizadas diversas tecnologias mecanizadas dependendo da idade das rvores (2,5 ou 10 anos) ou do tamanho dos resduos.Engenharia do ambiente Pgina 30 de 82

Energias renovveis e no renovveisO seu armazenamento pode ser feito em pilhas curtas, pilhas longas, paletes, postes. As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa slida passam essencialmente pela queima em centrais trmicas com tecnologias como: de grelha fixa, mvel ou inclinada e de leito fluidizado (Liquefaco), ou centrais de cogerao para a produo de energia elctrica e de gua quente, ou ainda a queima directa (Combusto) em lareiras (lenha) para a produo directa de calor. Combusto ou queima directa: Transformao da energia qumica do combustvel em calor por meio das reaces dos elementos constituintes dos combustveis com oxignio (o ar ou o oxignio so fornecidos alm da quantidade estequiomtrica). Liquefaco: Processo de produo de combustveis lquidos por meio da reaco da biomassa triturada em um meio lquido com monxido de carbono em presena de um catalisador alcalino. (P=150-250 atm, T=300-350 C , t=1030 min ; obtm-se um lquido viscoso que pode ser utilizado como combustvel em fornos). Quanto biomassa slida, o processo de converso ou aproveitamento de energia, passa primeiro pela recolha dos vrios resduos de que composta, seguido do transporte para os locais de consumo, onde se faz o aproveitamento energtico por combusto directa.

3.2.6. Vantagens- Baixo custo de aquisio; - No emite dixido de enxofre; - As cinzas so menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de combustveis fsseis; - Menor corroso dos equipamentos (caldeiras, fornos); - Menor risco ambiental; - Recurso renovvel.

3.2.7. Desvantagens- Menor poder calorfico; - Maior possibilidade de emisses de partculas para a atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos de reduo deEngenharia do ambiente Pgina 31 de 82

Energias renovveis e no renovveisemisses de partculas (filtros, etc.) - Dificuldades no stock e armazenamento.

3.2.8. Impacto ambientalA despeito das convenincias referidas, o uso da biomassa em larga escala tambm exige certos cuidados que devem ser lembrados, durante as dcadas de 1980 e 1990 o desenvolvimento impetuoso da indstria do lcool em nosso pas tornou isto evidente. Empreendimentos para a utilizao de biomassa de forma ampla podem ter impactos ambientais inquietantes. O resultado poder ser destruio da fauna e da flora com extino de certas espcies, contaminao do solo e mananciais de gua por uso de adubos e outros meios de defesa manejados inadequadamente. Por isso, o respeito biodiversidade e a preocupao ambiental devem reger todo e qualquer intento de utilizao de biomassa.

3.3. Energia elicaA energia elica a energia que provm do vento. O termo elico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo a olo, deus dos ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento. O vento pode ser considerado como o ar em movimento. Resulta do deslocamento de massas de ar, derivado dos efeitos das diferenas de presso atmosfrica entre duas regies distintas e influenciado por efeitos locais como a orografia e a rugosidade do solo. Essas diferenas de presso tm uma origem trmica, estando directamente relacionadas radiao solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Formam-se a partir de influncias naturais: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude e amplitude trmica. Entre 1 a 2% da energia proveniente do sol (o sol irradia cerca de 174.423.000.000.000 kWh), convertida em energia elica, a qual cerca de 50 a 100 vezes superior a energia convertida em biomassa (0.011%), por todas as plantas da terra. As regies ao redor do Equador, latitude 0, so aquecidas pelo sol mais do que as restantes zonas do globo. O ar quente mais leve que o ar frio, pelo Fig.8 - Aerogeradores que sobe at uma altura aproximada de 10 km e estende-seEngenharia do ambiente Pgina 32 de 82

Energias renovveis e no renovveispara norte e para sul. Se a terra no girasse, o ar simplesmente chegaria ao Plo Sul e ao Plo Norte, para posteriormente descender e voltar ao Equador.

Podemos classificar os ventos nos seguinte tipos: - ventos globais; - ventos de superfcie; - ventos locais.

3.3.1. Um pouco de histriaA energia elica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas ps. Nos moinhos de vento a energia elica era transformada em energia mecnica, utilizada na moagem de gros ou para bombear gua. Os moinhos foram usados para fabricao de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Pases Baixos.

A energia cintica do vento tambm uma fonte de energia e pode ser transformada em energia mecnica e elctrica. Um barco vela usa a energia dos ventos para se deslocar na gua. Esta uma forma de produzir fora atravs do vento. Durante muitos anos, os agricultores serviram-se da energia elica para bombear gua dos furos usando moinhos de vento. O vento tambm usado para girar a m dos moinhos transformando o milho em farinha. Actualmente o vento usado para produzir electricidade.

3.3.2. Converso em energia mecnicaEngenharia do ambiente Pgina 33 de 82

Energias renovveis e no renovveisA energia elica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas ps. Nos moinhos de vento a energia elica era transformada em energia mecnica, utilizada na moagem de gros ou para bombear gua. Os moinhos foram usados para fabricao de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Pases Baixos.

3.3.3. Converso em energia elctricaUm aerogerador um dispositivo que aproveita a energia elica e a converte em energia elctrica. Um aerogerador um gerador elctrico integrado ao eixo de um cata vento cuja misso converter energia elica em energia elctrica. Este tipo de gerador tem se popularizado rapidamente devido ao facto de a energia elica ser um tipo de energia renovvel diferente da queima de combustveis fosseis. tambm considerada uma "energia limpa" em relao ao meio ambiente, j que no requer uma combusto que produza Fig.9 - Aerogeradores resduos poluentes nem a destruio de recursos naturais. No entanto, a quantidade de energia produzida por este meio ainda uma mnima parte da que se consome pelos pases desenvolvidos. O vento forte pode rodar as lminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da gua o vento que faz girar a turbina). A ventoinha da turbina est ligada a um eixo central que contm em cima um fuso rotativo. Este eixo chega at uma caixa de transmisso onde a velocidade de rotao aumentada. O gerador ligado ao transmissor produz energia elctrica.

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Energias renovveis e no renovveisturbina tem um sistema de abrandamento para o caso do vento se tornar muito forte, impedindo assim a rotao demasiado rpida da ventoinha. Um dos problemas deste sistema de produo elctrica que o vento no sopra com intensidade todo o ano, ele mais intenso no vero quando o ar se movimenta do interior quente para o litoral mais fresco. Outro entrave o facto de o vento ter que atingir uma velocidade superior a 20 km/hora para girar a turbina suficientemente rpida. Cada turbina produz entre 50 a 300 quilowatts de energia elctrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lmpadas de 100 watts; assim, 300 quilowatts acendem 3000 lmpadas de 100 watts cada. Cerca de 30% da electricidade produzida a partir do vento criada na Califrnia. A Dinamarca e Alemanha tambm so grandes exploradores da energia elica. Mas uma vez produzida a electricidade necessrio conduzi-la at s casas, escolas e fbricas. O sistema de transmisso elctrica explicado no prximo captulo.Fig.10 -Esquema da parte de cima de um aerogeradorA

3.3.4. Tipos de sistemas elicos

Sistemas isolados - So todos os sistemas que se encontram privados de energia elctrica proveniente da rede pblica. Estes sistemas armazenam a energia do aerogerador em baterias estacionrias, que permitem consumir energia nas temporadas em que no se verifique vento, evitando que a energia eltrica falhe quando o aerogerador pra. Sistemas hbridos - So todos os sistemas que produzem energia elctrica em simultneo com outra fonte electroprodutora. Esta fonte poder ser de origem fotovoltaica, de geradores elctricos de diesel/bio-diesel, ou qualquer outra fonte eletro-produtora. Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas isolados, a nica alterao que o carregamento das baterias estacionrias feito por mais do que um gerador. Sistemas de injeco na rede - So todos os sistemas que inserem a energia produzida por eles mesmos na rede elctrica pblica. Neste caso, a maioria dos aerogeradores so os de alta tenso, s uma pequenssima minoria da totalidade de aerogeradores instalados para este fim deste tipo, pois a potncia injectada na rede muito menor que um aerogerador de alta tenso.Pgina 35 de 82

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Energias renovveis e no renovveis 3.3.5. VantagensBaixo nvel de manuteno dos aerogeradores A energia elica renovvel, limpa, amplamente distribuda globalmente, e, se utilizada para substituir fontes de combustveis fsseis, auxilia na reduo do efeito estufa.

3.3.6. DesvantagensNas proximidades dos parques elicos detectada poluio sonora, devido ao rudo produzido, o que condiciona a construo de parques e aerogeradores a determinados locais. H tambm quem considere que sua silhueta afecta a paisagem. Tem sido estudada, recentemente, a hiptese da construo de parques elicos sobre plataformas ancoradas no mar, no muito longe da costa, mas situadas de tal forma que no incidam de forma excessiva sobre a paisagem. Os lugares mais apropriados para sua instalao coincidem com as rotas das aves migratrias, o que faz com que centenas de pssaros possam morrer ao chocar contra as suas hlices; Os aerogeradores no podem ser instalados de forma rentvel em qualquer rea, j que requerem um tipo de vento constante mas no excessivamente forte.

3.4. Energia geotrmicaA energia geotrmica um tipo de energia que funciona graas capacidade natural da Terra e da gua subterrnea em reter calor, e consiste em transferir esse calor, num sistema composto de canos subterrneos e de uma "bomba de suco de calor", para aquecer ou arrefecer um edifcio. Devido a necessidade de se obter energia elctrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, foi desenvolvido um modo de aproveitar esse calor para a gerao de electricidade. Hoje a grande parte da energia elctrica provm da queima de combustveis fsseis, como o petrleo e o carvo mineral, mtodos esses muito poluentes. Para que possamos entender como aproveitada a energia do calor da Terra devemos entender primeiro como o nosso planeta constitudo. A Terra formada por grandes placas, que nos mantm isolados do seu interior, no qual encontramos o magma, que consiste basicamente em rochas derretidas. Com o aumento da profundidade a temperatura dessas rochas aumenta cada vez mais,

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Energias renovveis e no renovveisno entanto, h zonas de intruses magmticas, onde a temperatura muito maior. Essas so as zonas onde h elevado potencial geotrmico. Uma bomba de suco de calor a componente do sistema que necessita de energia elctrica para poder funcionar. O seu papel consiste em extrair energia trmica da Terra para um edifcio durante o inverno e o contrrio acontece durante o vero onde transfere o calor do edifico at uma zona mais fria da Terra, assim mantendo-o fresco. Para isto ser realizvel, a energia trmica tem de viajar atravs de um meio lquido (gua subterrnea) contendo uma soluo que previne a gelificao da gua nos locais onde ela atinge temperaturas baixas. Este sistema de funcionamento exemplificado na fig. 11:

3.4.1. Rocha Fig.11 - Bomba de suco de calor 1

seca quente

Quando no existem giseres, e as condies so favorveis, possvel "estimular" o aquecimento d'gua usando o calor do interior da Terra. UmEngenharia do ambiente Pgina 37 de 82

Energias renovveis e no renovveisexperimento realizado em Los alamos, Califrnia, provou a possibilidade de execuo deste tipo de usina. Em terreno propcio, foram perfurados dois poos vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poos injectada gua, ela se aquece na rocha e expelida pelo outro poo, onde h uma usina geotrmica instalada. O experimento de Los alamos apenas um projecto piloto e no gera energia para uso comercial. A previso de durao desse campo geotrmico de dez anos.

3.4.2. Rocha hmida quenteTambm possvel perfurar um poo para que ele alcance uma "caldeira" naturalmente formada um depsito de gua aquecido pelo calor terrestre. A partir da, energia elctrica gerada como em todos os outros casos.

3.4.3. Vapor secoEm casos rarssimos pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de vapor seco", em que a presso alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional fora, sendo assim uma fonte eficiente na gerao de electricidade. So encontradas fontes de vapor seco em Larderello, na Itlia e em Cerro Prieto, no Mxico.

3.4.4. Alta TemperaturaEste recurso est geralmente associado a reas de actividade vulcnica, ssmica ou magmtica. A estas temperaturas (T>150 C) possvel o aproveitamento para a produo de energia elctrica.

3.4.5. Baixa TemperaturaResultam geralmente da circulao de gua de origem meterica em falhas e fracturas e por gua residente em rochas porosas a grande profundidade com temperaturas inferiores a 100C. O aproveitamento deste calor pode ser realizado directamente para aquecimento ambiente, de guas, piscicultura ou processos industriais.

3.4.6. TecnologiaEngenharia do ambiente Pgina 38 de 82

Energias renovveis e no renovveisNos processos geotrmicos existe uma transferncia de energia por conveco tornando til o calor produzido e contido no interior da terra. O aproveitamento tambm pode ser feito utilizando a tecnologia de injeco de gua a partir da superfcie em macios rochosos quentes. A utilizao ideal da energia geotrmica em cascata, a temperaturas progressivamente mais baixas, at cerca dos 20C (Diagrama de Lindal). Actualmente existe tambm a utilizao de ciclos binrios na produo de energia elctrica e de bombas de calor (BCG) no caso de utilizaes directas.

3.4.7. Vantagens permitem poupar energia (75% de electricidade numa casa) uma vez que substituem ar condicionado e aquecedores elctricos. so muito flexveis, uma vez que podem ser facilmente subdivididos ou expandidos para um melhor enquadramento, (e aproveitamento de energia) num edifcio, e isto, ficando relativamente barato. libertam relativamente menos gases poluentes para a atmosfera que outras fontes de energia no renovveis, como indicam os seguintes dados:

3.4.8. Desvantagens se no for usado em pequenas zonas onde o calor do interior da Terra vem superfcie atravs de giseres e vulces, ento a perfurao dos solos para a introduo de canos dispendiosa. os anti-gelificantes usados nas zonas mais frias so poluentes: apesar de terem uma baixa toxicidade, alguns produzem CFCs e HCFCs. este sistema tem um custo inicial elevado, e a barata manuteno da bomba de suco de calor (que por estar situada no interior da Terra ou dentro de um edifcio no est exposta ao mau tempo e a vandalismo), contrabalanada pelo elevado custo de manuteno dos canos (onde a gua causa corroso e depsitos minerais).

3.5. Energia das ondas, dos oceanos e mares OU maremotrizEngenharia do ambiente Pgina 39 de 82

Energias renovveis e no renovveisA energia das ondas, provm do aproveitamento das ondas ocenicas. uma energia "limpa", isto , sem quaisquer custos para o ambiente e sem libertao de gases poluentes. As ondas do mar possuem energia cintica devido ao movimento da gua e energia potencial devido sua altura. O A energia elctrica pode ser obtida se for utilizado o movimento oscilatrio das ondas. O aproveitamento realizado nos dois sentidos: na mar alta a gua enche o reservatrio, passando atravs da turbina, produzindo energia elctrica, na mar baixa a gua esvazia o reservatrio, passando novamente atravs da turbina, agora em sentido contrrio ao do enchimento, e produzindo energia elctrica. Este sistema envolve a construo de uma barragem num local afectado pelas mars (por exemplo, um esturio ou um rio) que tem um mecanismo simples embora relativamente avanado. A desvantagem de se utilizar este processo na obteno de energia que o fornecimento no contnuo e apresenta baixo rendimento. Alm disso, as instalaes no podem interferir com a navegao e tm que ser robustas para poder resistir s tempestades mas ser suficientemente sensveis para ser possvel obter energia de ondas de amplitudes variveis. O aproveitamento energtico das mars obtido atravs de um reservatrio formado junto ao mar, atravs da construo de uma barragem, contendo uma turbina e um gerador.A maioria das instalaes de centrais de energia das ondas existentes de potncia reduzida, situando-se no alto mar ou junto costa, para fornecimento de energia elctrica a faris isolados ou carregamento de baterias de bias de sinalizao. A energia da deslocao das guas do mar uma fonte de energia para a transformar so construdos diques que envolvem uma praia. Quando a mar enche a gua entra e fica armazenada no dique; ao baixar a mar, a gua sai pelo dique como em qualquer outra barragem. Para que este sistema funcione bem so necessrias mars e correntes fortes. Tem que haver um aumento do nvel da gua de pelo menos 5,5 metros da mar baixa para a mar alta. Existem poucos stios no mundo onde se verifique tamanha mudana nas mars.

3.5.1. OceanosOs oceanos podem ser uma fonte de energia para iluminar as nossas casas. Neste momento, o aproveitamento da energia dos mar apenas experimental e raro.Engenharia do ambiente Pgina 40 de 82

Energias renovveis e no renovveisA energia a partir dos mares obtm-se atraves de trs formas: As ondas; As mars; Deslocamento das guas e as diferenas de temperatura dos oceanos;Fig. 12 - Ondas

3.5.2. A energia das ondasA energia cintica do movimento ondular pode ser usada para pr uma turbina a funcionar para fornecimento de energia. Produo de energia no exemplo da fig. 13: A elevao da onda numa cmara de ar provoca a sada do ar l contido; o movimento do ar pode fazer girar uma turbina. A energia mecnica da turbina transformada em energia elctrica atravs do gerador. Quando a onda se Fig.13 - Produo de energiadesfaz e a gua recua o ar desloca-se em sentido contrrio passando novamente pela turbina entrando na cmara por comportas especiais normalmente fechadas. Esta apenas uma das maneiras de retirar energia da ondas. Actualmente, utiliza-se o movimento de subida/descida da onda para dar potncia a um mbolo que se move para cima e para baixo num cilindro. O mbolo pode por um gerador a funcionar. Os sistemas para retirar energia das ondas so muito pequenos e apenas suficientes para iluminar uma casa ou algumas bias de aviso por vezes colocadas no mar. Outro tipo de energia ocenica usa as diferenas de temperatura do mar. Se alguma vez mergulhares no oceano notars que a gua se torna mais friaEngenharia do ambiente Pgina 41 de 82

Energias renovveis e no renovveisquanto mais profundo for o mergulho. A gua do mar mais quente superfcie porque est exposta aos raios solares; por isso que os mergulhadores vestem fatos prprios para mergulhar em zonas profundas. Os fatos colam-se ao corpo mantendo-o quente. Pode-se usar as diferenas de temperatura para produzir energia, no entanto, so necessrias diferenas de 38 Fahrenheit entre a superfcie e o fundo do oceano. Esta fonte de energia est a ser usada no Japo e no Hawai, mas apenas como demonstrao e experincia. . Esta fonte de energia tem como maior vantagem o facto de no causar qualquer tipo de poluio nem de destruir habitats. No entanto, de difcil funcionamento e ainda est pouco desenvolvida em termos de materiais usados para um melhor aproveitamento da energia o que constitui, obviamente, uma desvantagem.

3.6. Energia hidricaA energia hidrulica ou energia hdrica a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de gua. A forma na qual ela se manifesta na natureza nos fluxos de gua, como rios e lagos e pode ser aproveitada por meio de um desnvel ou queda de agua. Pode ser convertida na forma de energia mecanica (rotao de um eixo) atravs de turbinas hidrulicasmoinhos de gua. As turbinas por sua vez podem ser usadas como accionamento de um equipamento industrial, como um compressor, ou de um gerador elctrico, com a finalidade de produzir energia eltrica para uma rede de energia. A energia produzida pela gua calculada atravs de formulas matemticas e a potencia hidraulica mxima que pode ser obtida atravs de um desnvel pode ser calculada pelo produto: P = QHg Em unidades do sistema internacional (SI): Potncia(P) Watt (W) Altura (H): m Densidade(): kg / m3 caudal (Q): m3 / s Acelerao da gravidade(g):m / s2 necessrio que haja um fluxo de gua para que a energia seja gerada de forma contnua no tempo, por isto embora se possa usar qualquer reservatrio deEngenharia do ambiente Pgina 42 de 82

Energias renovveis e no renovveisgua, como um lago, deve haver um suprimento de gua ao lago, caso contrrio haver reduo do nvel e com o tempo a diminuio da potncia gerada (ver equao). As barragens so nada mais que lagos artificiais, construdos num rio, permitindo a gerao contnua. As represas podem ser importantes pois caso a gua fosse colectada directamente de um rio, na medida que houvesse uma reduo da vazo do rio, como em uma poca de estiagem, haveria reduo da potncia gerada. Assim com a formao de um lago (reservatrio da barragem), nas pocas de estiagem pode-se usar a gua armazenada, e se este for suficientemente grande poder atender a um perodo de estiagem de vrios meses ou mesmo plurianual

3.6.1. Centrais hidroelctricasNas centrais hidroelctricas, atravs de turbinas hidrulicas, associadas a geradores e alternadores possvel converter energia hdrica em energia elctrica (na maioria dos casos com um rendimento global superior a 90%). As centrais hidroelctricas podem ser, quanto ao tipo de aproveitamento, a fio de gua e de albufeira e, quanto localizao, em exteriores ou em cavernas. Convm distinguir as grandes centrais hidroelctricas das centrais hidroelctricas de pequenas dimenses, as mini-hdricas que tm potncias instaladas at cerca de 10KW. Uma mini-hdrica no mais do que um "moinho de gua" de maiores dimenses. A energia produzida numa mini-hdrica pode alimentar uma povoao, um complexo industrial, agrcola ou a rede nacional de distribuio de energia elctrica. A produo de energia nestas centrais s se verifica em cerca de do ano, pelo que se torna necessrio recorrer a grandes centrais hdricas, ou trmicas. Desde que tomadas as devidas precaues possvel construir e operar centrais mini-hdricas com um impacto ambiental mnimo nos cursos de gua assim, quanto mais energia for gerada menos ser produzido em centrais trmicas, minimizando os impactos ambientais, Embora a energia hidrulica dos cursos de gua tenha constitudo a primeira fonte natural utilizada pelo homem para a produo de energia em seu benefcio, o seu desenvolvimento s se efectuou no incio do sculo XX. A produo mdia de energia, em Portugal, nas pequenas e grandes centrais hdricas representou nos ltimos anos 6,1% do consumo total de energia primria e 48,6% de energia elctrica disponvel para consumo final. Portugal ,Engenharia do ambiente Pgina 43 de 82

Energias renovveis e no renovveisassim, o pas da Unio Europeia com maior percentagem de energia elctrica produzida por via hdrica. A energia hdrica a energia proveniente do movimento das guas doces. Quando chove nas colinas e montanhas a gua concentra-se em rios, ribeiras e correntes que se deslocam para o mar. A energia produzida por meio do aproveitamento do potencial hidrulico existente nos rios, utilizando desnveis naturais, como quedas de gua, ou artificiais como as barragens. Esta forma de gerar electricidade semelhante ao que se fazia antigamente nos moinhos de agua que moam os cereais. A hidroenergia ou energia hdrica tem a energia solar como fonte de renovao. O ciclo d-se atravs da evaporao da gua dos rios, lagos, mares e oceanos, pela radiao solar directa e pelos ventos.

3.6.2. Barragem hidroelctricaLegenda: 1 e 2 - A gua dos rios cercada por uma grande parede de cimento chamada barragem que forma um grande lago ou represa. 3 e 4 - Da barragem saem tubos por onde corre a gua que levada para a fbrica de produo de energia. 5 e 6 - A gua cai dentro dos tubos e movimenta mquinas chamadas turbinas. 7 e 8 - As turbinas possuem palhetas ou ps que rodam rapidamente e produzem energia. Essa fora faz funcionar uma mquina chamada gerador que produz electricidade. 9 e 10 - A electricidade passa pelos transformadores. Destes saem cabos e linhas que levam a energia elctrica para as casas, hospitais, ruas, fbricas, etc.

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Energias renovveis e no renovveisFig.14 - Barragem hidroelctrica

Fig.15 - Esquema transversal de uma barragem e produo de energia

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Fig.16 - Esquema de um Gerador / Turbina de uma Barragem Hidroelctrica

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Fig.17 - Diagrama de Blocos - desde a produo de energia numa barragem ate ao consumidor dessa energia

A gua contida na albufeira conduzida por um circuito hidrulico para uma central onde a gua em movimento aproveitada para fazer girar as ps das turbinas hidrulicas, que por sua vez faz funcionar o alternador, permitindo obter corrente elctrica elevada de mdia tenso. Esta tenso posteriormente elevada atravs de transformadores e transportada at aos consumidores. O conjunto constitudo pelo circuito hidrulico, turbina, alternador e transformador designa-se por grupo gerador hidroelctrico.

3.6.3. Tipos de barragemLEGENDA: 1. 2. 3. 4. 5. Barragem de Peso; Barragem de abbada; Barragem de tectos e sop; Barragem de terra; Barragem mvel

Fig.18 Tipos de barragens

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4- Energia solarO sol foi desde sempre considerado como um Deus, mesmo fora de qualquer credo ou religio, pois sem o sol, a vida na Terra seria simplesmente impossvel. Num nico instante, o sol emite mais energia do que o mundo nunca antes e da terra recebe diariamente 10 000 vezes mais do que consome. A busca de sistemas alternativos de energia uma constante, devido ao aumento do consumo e da dependncia mundial sobre a gerao de energia atravs de fontes no renovveis. A energia solar uma das fontes alternativas que pode suprir com grandes vantagens e determinadas necessidades, apesar de no ser uma soluo total ou definitiva para o problema. A energia captada do Sol devidamente acondicionada para a sua utilizao e uma das tecnologias mais importantes para o desenvolvimento sustentvel. A sua utilizao de altssimo interesse para aqueles que vislumbram um mundo equilibrado, ecologicamente correcto e sem agresses natureza.

4.1 Breve histria da energia solarOs primrdios da Histria da energia solar esto marcados pela serendipidade. O efeito fotovoltaico foi observado em 1839 pelo fsico francs que observou pela primeira vez o paramagnetismo do oxignio lquido, Alexandre Edmond Becquerel. Um muito jovem Becquerel conduzia experincias electroqumicas quando, por acaso, verificou que a exposio luz de elctrodos de platina ou de prata dava origem ao efeito fotovoltaico. A serendipidade foi igualmente determinante na construo da primeira clula fotovoltaica. Nas palavras de Willoughby Smith numa carta a Latimer Clark datada de 4 de Fevereiro de 1873, a sua descoberta do efeito fotovoltaico no selnio foi um acidente inesperado: Na sequncia desta descoberta, Adams e o seu aluno Richard Day desenvolveram em 1877 o primeiro dispositivo slido de fotoproduo de electricidade, um filme de selnio depositado num substrato de ferro em que um filme de ouro muito fino servia de contacto frontal. Este dispositivo apresentava uma eficincia de converso de aproximadamente 0,5%. Charles Fritts duplicou essa eficincia para cerca de 1% uns anos depoisEngenharia do ambiente Pgina 47 de 82

Energias renovveis e no renovveisconstruindo as primeiras verdadeiras clulas solares, construindo dispositivos assentes igualmente em selnio, primeiro com um filme muito fino de ouro e depois um sanduiche de selnio entre duas camadas muito finas de ouro e outro metal na primeira clula de rea grande. No entanto, no foram as propriedades fotovoltaicas do selnio que excitavam a imaginao da poca mas sim a sua fotocondutividade, isto , o facto de a corrente produzida ser proporcional radiao incidente e dependente do comprimento de onda de uma forma que o tornava muito atraente como medir a intensidade da luz em fotografia. E de facto, estes dispositivos encontraram a sua primeira aplicao nos finais do sculo XIX pela mo do engenheiro alemo Werner Siemens (o fundador do imprio industrial homnimo) que os comercializou como fotmetros para mquinas fotogrficas. Embora tenha sido Russell Ohl quem inventou a primeira solar de silcio, considera-se que a era moderna da energia solar teve incio em 1954 quando Calvin Fuller, um qumico dos Bell Laboratories em Murray Hill, New Jersey, nos Estados Unidos da Amrica, desenvolveu o processo de dopagem do silcio. Fuller partilhou a sua descoberta com o fsico Gerald Pearson, seu colega nos Bell Labs e este, seguindo as instrues de Fuller, produziu uma juno p-n ou dodo mergulhando num banho de ltio uma barra de silcio dopado com um elemento doador electrnico. Ao caracterizar electricamente a amostra, Pearson descobriu que esta exibia um comportamento fotovoltaico e partilhou a descoberta com ainda outro colega, Daryl Chapin, que tentava infrutiferamente arranjar uma alternativa para as baterias elctricas que alimentavam redes telefnicas remotas. As primeiras clulas fotovoltaicas assim produzidas tinham alguns problemas tcnicos que foram superados pela qumica quando Fuller dopou silcio primeiro com arsnio e depois com boro obtendo clulas que exibiam eficincias recorde de cerca de 6%. A primeira clula solar foi formalmente apresentada na reunio anual da National Academy of Sciences, em Washington, e anunciada numa conferncia de imprensa no dia 25 de Abril de 1954. No ano seguinte a clula de silcio viu a sua primeira aplicao como fonte de alimentao de uma rede telefnica em Americus, na Gergia

4.2- OrigemO Sol, no seu centro, os ncleos de tomos de hidrognio fundem-se originando ncleos de hlio. A sua superfcie atinge uma temperatura de perto dos 6.000K.Engenharia do ambiente Pgina 48 de 82

Energias renovveis e no renovveisA energia resultante desta reao radiada para o espao, e parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de 1.373 W/m. Uma vez que parte da energia inicial refletida ou absorvida pela atmosfera, num dia de cu claro possvel medir junto a superfcie terrestre num plano perpendicular, cerca de 1.000 W/m. Esta radiao disponvel superfcie terrestre divide-se em trs componentes: - directa: a que vem "directamente" desde o disco solar; - difusa: a proveniente de todo o cu excepto do disco solar, das nuvens, gotas de gua, etc.; - reflectida: proveniente da reflexo no cho e dos objetos circundantes. A soma das trs componentes denominada como radiao global, e representa, nas condies j referidas, cerca de 1.000 W/m.

4.3 Extraco/Converso e suas aplicaes (Utilizaes)Existem duas formas diferentes de utilizar a energia solar: - activa: transformao dos raios solares em outras formas de energia: trmica ou eltrica. - passiva: aproveitamento da energia para aquecimento de edifcios ou prdios, atravs de concepes e estratgias construtivas.

4.3.1. Energia solar trmica activa4.3.1.1. Princpio: qualquer objecto exposto radiao solar "Q" aquece. Simultaneamente, h perdas por radiao, conveco e conduo, que aumentaro com a temperatura do corpo. Chega um momento em que as perdas trmicas, "Qp", se igualam aos ganhos devidos ao fluxo energtico incidente, atingindo-se a temperatura de equilbrio, "tc". Assim, no equilbrio tem-se: Q = Qp Se conseguirmos extrair continuamente uma parte do calor produzidoEngenharia do ambiente Pgina 49 de 82

Energias renovveis e no renovveismudaremos as condies do equilbrio anterior, ficando: Q = Qp + Qu Qu => Energia extrada do corpo ou energia til. 4.3.1.2. Vantagens: tanto na sua forma mais simples, obteno de gua quente, como em outras aplicaes do gnero, a significativa poupana energtica e econmica (que chega a atingir em alguns casos mais de 80%), e ainda a grande disponibilidade de tecnologia no mercado, so factores que transformaram a energia solar trmica uma das mais comuns, vantajosas e alternativas formas de energia renovvel. 4.3.1.3. Desvantagens: o elevado investimento inicial na instalao solar, apresenta-se por vezes como o maior entrave ao desenvolvimento desta soluo. 4.3.1.4. Principais aplicaes: - produo de gua Quente Sanitria (AQS), para uso domstico, hospitais, hotis, etc.: temperatura inferiores a 60C, com perodos mnimos de utilizao do equipamento solar entre oito e dez meses por ano. Estas instalaes dimensionam-se, normalmente, para as necessidades energticas anuais, evitando assim excedentes energticos nos meses de vero; Fig.18 - Radiador - aquecimento de piscinas: dependendo do tipo e finalidade da piscina, os valores da temperatura de utilizao variam entre 25-35C, sendo possvel a aplicao a piscinas de utilizao anual ou sazonal (vero); - aquecimento ambiente: do ponto de vista tecnolgico possvel a utilizao da energia solar para o aquecimento ambiente de forma ativa dos edifcios, no entanto esta aplicao est limitada pela utilizao em apenas 3 a 4 meses por ano, sendo assim economicamente menos interessante; - arrefecimento ambiente: possvel produzir frio combinando energia solar com mquinas de absoro ou sistemas hbridos (solar-gs), que operam a temperaturas na ordem dos 80 C (mquinas de Brometo de Ltio), ou 120 C (mquinas de Amnia/H2O), o que, combinado com o aquecimento ambiente no inverno, tornam estas aplicaes muito interessantes, quer do ponto de vista ambiental com a reduo de consumo de energia primria, quer do ponto deEngenharia do ambiente Pgina 50 de 82

Energias renovveis e no renovveisvistaFig.19 - Aquecimento de rentabilizao total do sistema; econmico, com a piscinas a C produo de gua a elevadas temperaturas destinada uso industrial: temperaturas superiores a 80 C e 100 (gua saturada ou vapor), com aplicaes industriais directas, de pr-aquecimento de gua de processo ou vapor para produo de energia elctrica (temperaturas de superiores a 450 C). - outras aplicaes: aplicaes de baixa ou intermdia temperatura, como estufas, secadores dessanilizadores, secadores, destoxificadores (Ultra Violeta) e ainda cozinhas

4.3.2. Energia solar elctrica ou fotovoltaica (PV)4.3.2.1 Princpio: A converso directa da energia solar em energia elctrica envolve a transferncia dos fotes da radiao incidente para os electres da estrutura atmica desse material. Nos materiais semicondutores sob o efeito de uma radiao luminosa, a energia dos fotes incidentes directamente transferida para o sistema electrnico do material, podendo excitar electres da banda de valncia para a banda de conduo e dando origem criao de pares de electres (absoro). Para obter uma corrente elctrica criada uma estrutura de separao dos portadores de carga foto gerados, por aco do campo elctrico interno, antes de se recombinarem. Segue-se logo a extraco das cargas em corrente contnua para utilizao. A este efeito d-se o nome de efeito Fotovoltaico. 4.3.2.2. Vantagens: A energia fotovoltaica uma das mais promissoras fontes de energia renovveis. A vantagem mais clara a quase total ausncia de poluio. Para alm desta vantagem a ausncia de partes mveis susceptveis de partir, no produz cheiros ou rudos, tm baixa ou nenhuma manuteno, e com tempo de vida elevados para os mdulos. 4.3.2.3. Desvantagens: No entanto uma das principais limitaes dos dispositivos fotovoltaicos o seu baixo rendimento, isto , uma baixa conversoEngenharia do ambiente Pgina 51 de 82

Energias renovveis e no renovveisda energia solar em energia elctrica. A razo deste fato reside fundamentalmente na deficiente explorao do espectro da radiao incidente (sol) por parte dos dispositivos. Outro inconveniente os custos de produo dos painis, estes devidos principalmente pouca disponibilidade de grandes quantidades de materiais semicondutores, e de processos de obteno, por vezes, muito caros. No entanto este factor est progressivamente a desaparecer com os desenvolvimentos das deposies e das micro tecnologias. 4.3.2.4. Principais aplicaes: - electrificao remota: actualmente uma das principais aplicaes da energia fotovoltaica a possibilidade de fornecer energia elctrica a lugares remotos, onde os custos da montagem de linhas elctricas so superior ao sistema fotovoltaico, ou existe a impossibilidade deste tipo de fornecimento; - sistemas autnomos: bombagem de gua para irrigao, sinalizao, alimentao de sistemas de telecomunicao, etc.; - aplicao de micro-potncia: relgios, maquinas de calcular, etc.; - integrao em edifcios: a integrao de mdulos fotovoltaicos na envolvente dos edifcios (paredes e telhados) uma aplicao recente, podendo representar redues de custos construtivos e energticos. A energia produzida em excesso pode ser vendida companhia elctrica, e quando existem insuficincias, esta pode ser comprada;Fig.20 - Painis fotovoltaicos em edifcio

- veculos: outra aplicao, ainda em fase de investigao, a de automveis de recreio providos de clulas fotovoltaicas, com suficiente potncia para moviment-los, assim como tambm embarcaes de recreio.

4.3.3. Energia solar passiva

Fig.21 - Veculo com clulas fotovoltaicas

4.3.3.1. Princpio: aproveitamento da energia solar, incidncia dos raios solares, para aquecimento de edifcios ou prdios, atravs de concepes e estratgias construtivas.Engenharia do ambiente Pgina 52 de 82

Energias renovveis e no renovveis4.3.3.2Vantagens: o baixo custo de algumas solues, como o bom planeamento e orientao do edifcio que podem resultar consumos energticos evitados at 40%. 4.3.3.3. Principais aplicaes: Quanto s possveis aplicaes, em qualquer edifcio habitacional, de escritrios ou