FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA (CDCC - USP - São Carlos)
Autor: Henrique Moura | Publicado: 2015-06-29T12:41:00-07:00


&nbsp;No Brasil a maior
quantidade de energia elétrica produzida provém de usinas
hidrelétricas (cerca de 95%). Em regiões rurais e mais distantes
das hidrelétricas centrais, têm-se utilizado energia produzida
em usinas termoelétricas e em pequena escala, a energia elétrica
gerada da energia eólica.

Neste artigo vamos dar uma
visão geral das fontes alternativas de energia elétrica:
hídrica,
térmica,
nuclear,
geotérmica,
eólica,
marés e fotovoltaica.



Energia
hídrica

Nas usinas hidrelétricas,
a energia elétrica tem como fonte principal a energia proveniente
da queda de água represada a uma certa altura. A energia potencial
que a água tem na parte alta da represa é transformada em
energia cinética, que faz com que as pás da turbina girem,
acionando o eixo do gerador, produzindo energia elétrica.

Utiliza-se a energia hídrica
no Brasil em grande escala, devido aos grandes mananciais de água
existentes.

Atualmente estão sendo
discutidas fontes alternativas para a produção de energia
elétrica, pois a falta de chuvas está causando um grande
déficit na oferta de energia elétrica.

A maior usina hidrelétrica
do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidade
de 12600 MW&nbsp; (fig.1).

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Figura 1 - Usina
hidrelétrica de Itaipu, na fronteira do Brasil com o Paraguai





Energia
térmica
Nas usinas termoelétricas
a energia elétrica é obtida pela queima de combustíveis,
como carvão, óleo, derivados do petróleo e, atualmente,
também a cana de açúcar (biomassa).

A produção
de energia elétrica é realizada através da queima
do combustível que aquece a água, transformando-a em vapor.
Este vapor é conduzido a alta pressão por uma tubulação
e faz girar as pás da turbina, cujo eixo está acoplado ao
gerador. Em seguida o vapor é resfriado retornando ao estado líquido
e a água é reaproveitada, para novamente ser vaporizada.

Vários cuidados precisam
ser tomados tais como: os gases provenientes da queima do combustível
devem ser filtrados, evitando a poluição da atmosfera local;
a água aquecida precisa ser resfriada ao ser devolvida para os rios
porque várias espécies aquáticas não resistem
a altas temperaturas.

No Brasil este é o
segundo tipo de fonte de energia elétrica que está sendo
utilizado, e agora, com a crise que estamos vivendo, é a que mais
tende a se expandir.



Energia
nuclear

Este tipo de energia é
obtido a partir da fissão do núcleo do átomo de urânio
enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia.

Urânio enriquecido
- o que é isto? Sabemos que o átomo é constituído
de um núcleo onde estão situados dois tipos de partículas:
os prótons que possuem cargas positivas e os nêutrons que
não possuem carga.

Em torno do núcleo,
há uma região denominada eletrosfera, onde se encontram os
elétrons que têm cargas negativas. Átomos do mesmo
elemento químico, que possuem o mesmo número de prótons
e diferentes número de nêutrons são chamados isótopos.
O urânio possui dois isótopos:
235U e 238U.
O 235U é o único capaz de sofrer fissão.
Na natureza só é possível encontrar 0,7 % deste tipo
de isótropo. Para ser usado como combustível em uma usina,
é necessário enriquecer o urânio natural. Um dos métodos
é “filtrar” o urânio através de membranas muito finas.
O 235U é mais leve e atravessa a membrana primeiro do
que o 238U. Esta operação tem que ser repetida
várias vezes e é um processo muito caro e complexo. Poucos
países possuem esta tecnologia para escala industrial.

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Figura 2- Diagrama
do reator de uma&nbsp;

Usina Nuclear

O urânio é
colocado em cilindros metálicos no núcleo do reator que é
constituído de um material moderador (geralmente grafite) para diminuir
a velocidade dos nêutrons emitidos pelo urânio em desintegração,
permitindo as reações em cadeia. O resfriamento do reator
do núcleo é realizado através de líquido ou
gás que circula através de tubos, pelo seu interior. Este
calor retirado é transferido para uma segunda tubulação
onde circula água. Por aquecimento esta água se transforma
em vapor (a temperatura chega a 320oC) que vai movimentar as
pás das turbinas que movimentarão o gerador, produzindo eletricidade
(fig. 2).
Depois este vapor é
liquefeito e reconduzido para a tubulação, onde é
novamente aquecido e vaporizado.

No Brasil, está funcionado
a Usina Nuclear Angra 2 sendo que a produção de energia elétrica
é em pequena quantidade que não dá para abastecer
toda a cidade do Rio de Janeiro.

No âmbito governamental
está em discussão a construção da Usina Nuclear
Angra 3 por causa do déficit de energia no país.

Os Estados Unidos da América
lideram a produção de energia nuclear e nos países
França, Suécia, Finlândia e Bélgica 50 % da
energia elétrica consumida, provém de usinas nucleares.




Energia
geotérmica

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Energia geotérmica
é a energia produzida de rochas derretidas no subsolo (magma) que
aquecem a água no subsolo.

Na Islândia, que é
um país localizado muito ao Norte, próximo do Círculo
Polar Ártico, com vulcanismo intenso, onde a água quente
e o vapor afloram à superfície (gêiseres- fig. 3) ou
se encontram em pequena profundidade, tem uma grande quantidade de energia
geotérmica aproveitável e a energia elétrica é
gerada a partir desta.

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Figura 3 -Geiseres


As usinas elétricas aproveitam
esta energia para produzir água quente e vapor. O vapor aciona as
turbinas que geram quase 3 000 000 joules de energia elétrica por
segundo e a água quente percorre tubulações até
chegar às casas.
Nos Estados Unidos da América
há usinas deste tipo na Califórnia e em Nevada. Em El Salvador,
30% da energia elétrica consumida provém da energia geotérmica.



Energia
eólica

Os moinhos de ventos são
velhos conhecidos nossos, e usam a energia dos ventos, isto é, eólica,
não para gerar eletricidade, mas para realizar trabalho, como bombear
água e moer grãos. Na Pérsia, no século V,
já eram utilizados moinhos de vento para bombear água para
irrigação.

A energia eólica é
produzida pela transformação da energia cinética dos
ventos em energia elétrica. A conversão de energia é
realizada através de um aerogerador que consiste num gerador elétrico
acoplado a um eixo que gira através da incidência do vento
nas pás da turbina.

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A turbina eólica
horizontal (a vertical não é mais usada), é formada
essencialmente por um conjunto de duas ou três pás, com perfis
aerodinâmicos eficientes, impulsionadas por forças predominantemente
de sustentação, acionando geradores que operam a velocidade
variável, para garantir uma alta eficiência de conversão
(fig.4).
A instalação
de turbinas eólicas tem interesse em locais em que a velocidade
média anual dos ventos seja superior a 3,6 m/s.

Existem atualmente, mais
de 20 000 turbinas eólicas de grande porte em operação
no mundo (principalmente no Estados Unidos). Na Europa, espera-se gerar
10 % da energia elétrica a partir da eólica, até o
ano de 2030.



Figura 4 -
Vista de campo com equipamentos

modernos para aproveitamento
da energia dos&nbsp;

ventos (eólica).


O Brasil produz e exporta
equipamentos para usinas eólicas, mas elas ainda são pouco
usadas. Aqui se destacam as Usinas do Camelinho (1MW, em MG), de Mucuripe
(1,2MW) e da Prainha (10MW) no Ceará, e a de Fernando de Noronha
em Pernambuco.



Energia
das marés




A energia das marés
é obtida de modo semelhante ao da energia hidrelétrica.

&nbsp;Constrói-se
uma barragem, formando-se um reservatório junto ao mar. Quando a
maré é alta, a água enche o reservatório, passando
através da turbina e produzindo energia elétrica, e na maré
baixa o reservatório é esvaziado e água que sai do
reservatório, passa novamente através da turbina, em sentido
contrário, produzindo energia elétrica (fig. 5). Este tipo
de fonte é também usado no Japão e Inglaterra.
No Brasil temos grande amplitude
de marés, por exemplo, em São Luís, na Baia de São
Marcos (6,8m), mas a topografia do litoral inviabiliza economicamente a
construção de reservatórios.



Figura 5&nbsp;
- Caixa de concreto por onde, no sobe&nbsp;

e desce das marés,
passa a água do mar cuja&nbsp;

energia é aproveitada
na geração de eletricidade.




Energia
fotovoltaica

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Figura 6 -&nbsp;
Painel solar fotovoltaico&nbsp;

que usa energia da luz
solar para

sustentar telefone celular
público&nbsp;

em local isolado na Austrália.&nbsp;

A energia fotovoltaica é
fornecida de painéis contendo células fotovoltaicas ou solares
que sob a incidência do sol geram energia elétrica. A energia
gerada pelos painéis é armazenada em bancos de bateria, para
que seja usada em período de baixa radiação e durante
a noite (fig. 6).
A conversão direta
de energia solar em energia elétrica é realizada nas células
solares através do efeito fotovoltaico, que consiste na geração
de uma diferença de potencial elétrico através da
radiação. O efeito fotovoltaico ocorre quando fótons
(energia que o sol carrega) incidem sobre átomos (no caso átomos
de silício), provocando a emissão de elétrons, gerando
corrente elétrica. Este processo não depende da quantidade
de calor, pelo contrário, o rendimento da célula solar cai
quando sua temperatura aumenta.

O uso de painéis fotovoltaicos
para conversão de energia solar em elétrica é viável
para pequenas instalações, em regiões remotas ou de
difícil acesso. É muito utilizada para a alimentação
de dispositivos eletrônicos existentes em foguetes, satélites
e astronaves.



O sistema de co-geração
fotovoltaica também é uma solução; uma fonte
de energia fotovoltaica é conectada em paralelo com uma fonte local
de eletricidade. Este sistema de co-geração voltaica está
sendo implantado na Holanda em um complexo residencial de 5000 casas, sendo
de 1 MW a capacidade de geração de energia fotovoltaica.
Os Estados Unidos, Japão e Alemanha têm indicativos em promover
a utilização de energia fotovoltaica em centros urbanos.
Na Cidade Universitária - USP - São Paulo, há um prédio
que utiliza este tipo de fonte de energia elétrica.

No Brasil já é
usado, em uma escala significativa, o coletor solar que utiliza a energia
solar para aquecer a água e não para gerar energia elétrica.


Iria
Müller Guerrini,

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24/08/2001
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