Usinas de produção de energia elétrica.

Orientações aos alunos:
* Leiam o texto com atenção e observem os exemplos.
* Assistam às vídeo aulas pelo CMSP, TV  e plataforma Stoodi.
* Identifiquem as atividades com nome, turma, série e n° de chamada (se possível).
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Pesquisem em livros didáticos ou pela internet.
* Data de entrega: até 18/08.

Usinas de produção de energia elétrica.

A energia elétrica que consumimos é produzida em usinas elétricas. As usinas transformam uma forma de energia em energia elétrica, através dos geradores. Existem vários tipos de usinas elétricas, por exemplo, usinas hidroelétricas, usinas termoelétricas, usinas termonucleares, usinas eólicas, usinas geotérmicas, placas fotovoltaicas.
No Brasil, a matriz energética são as usinas hidroelétricas, pois mais de 80% da energia elétrica produzida no pais é proveniente das Hidroelétricas.

Uma Usina Hidrelétrica, também chamada de Usina Hidroelétrica ou Central Hidroelétrica, é uma obra de engenharia que usa a força das águas para gerar energia.

Usina hidrelétrica de Itaipu, maior usina hidrelétrica das Américas

Na realidade, ela é um intricado projeto de engenharias (civil,elétrica, mecânica, hidráulica, etc) que demanda enormes esforços de construção.

Isso porque essas usinas necessitam de grandes obras e equipamentos para que possa produzir energia elétrica aproveitando o potencial hidráulico latente num rio.

Como se trata de uma obra muito complexa que envolve vários cálculos, a viabilidade técnica de cada usina deve ser avaliada de modo particular.

Portanto, é uma instalação ligada à rede de transporte que distribui uma quantidade de energia solicitada pelas cargas.

Note ainda que, a utilização da energia hidráulica é bastante antiga e foi utilizada primeiramente em quedas d’água e produz energia mecânica em moinhos desde o século I a.C.

Como Funciona uma Usina Hidrelétrica?

Esquema de funcionamento de uma Usina Hidrelétrica

1. A energia potencial gravitacional que se converte em energia cinética é obtida pelo represamento da água;
2. Esse represamento provoca a pressão que converte energia hidráulica em energia mecânica;
3. Essa energia mecânica é transferida para a turbina hidráulica que será convertida em energia elétrica;
4. A energia elétrica produzida é transmitida para uma ou mais linhas de transmissão, interligadas à rede de distribuição;
5. Porém, parte dessa energia é "perdida" sob a forma de calor que aquece a linha de transmissão.

Vantagens e Desvantagens das Usinas Hidrelétricas

Apesar de ser uma fonte renovável de energia, não significa que sejam ambientalmente imaculada.

Alguns impactos ambientais prejudicam a fauna e a flora da área alagada que constitui o reservatório.

Destacam-se o alagamento das várzeas, o aumento no nível dos rios e da temperatura local.

Por outro lado, o principal aspecto positivo é a produção mais barata de energia em relação aos custos da produção de eletricidade via energia nuclear.

Ela é certamente a menos agressiva ao meio ambiente do que as usinas termoelétricas a base de petróleo ou carvão.

Usina Termoelétrica

Usina Termoelétrica, central termoeléctrica ou simplesmente termoelétrica ou termelétrica é uma instalação industrial utilizada para a geração de energia elétrica, através de um processo no qual a energia é liberada a partir de produtos combustíveis, com bagaços, madeira, óleo combustível, óleo diesel, gás natural, carvão natural e urânio enriquecido, enfim, pela queima de algum tipo de combustível renovável ou não renovável.

As formas de produção de energia são praticamente iguais, variando apenas os combustíveis para as respectivas usinas, que podem ser: usina a óleo, usina a carvão, usina nuclear e usina a gás.

No Brasil, a energia termoelétrica é um recurso estratégico, pois supre as necessidades energéticas durante os períodos de seca, quando as hidroelétricas não atendem toda a demanda. Cerca de 50 usinas termoelétricas estão espalhadas por vários estados brasileiros, entretanto, mesmo quando operam em plena capacidade, geram cerca de 15 mil MW de energia (Megawatts), ou seja, 7,5% do total consumido no País.

Como Funciona uma Usina Termoelétrica

Basicamente, nas termelétricas, a caldeira é aquecida com água e produz vapor, o qual, em alta pressão, move as pás da turbina do gerador. A energia nuclear, por meio de reações nucleares, também é uma fonte de calor para aquecer a água. Por sua vez, após ter movimentado as turbinas, o vapor é conduzido a um condensador que será resfriado para ser reutilizada em um novo ciclo.

Na realidade, a eletricidade é produzida a partir da energia cinética obtida pela passagem do vapor pela turbina, transformando a potência mecânica em potência elétrica. A energia gerada é transmitida através de cabos, que por sua vez é levada aos transformadores, onde tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores. Daí, a energia é distribuída para consumo.

Tipos de Turbinas em Termoelétricas

• Turbina a gás: A dilatação dos gases resultantes da queima do combustível ativa a turbina a gás, a qual está diretamente acoplada ao gerador onde é transformada em potência elétrica.
• Turbina a vapor: funciona tal qual uma Usina Termelétrica convencional, todavia, a mudança da água em estado liquido para vapor é feita a partir do reaproveitamento do calor dos gases da turbina a gás, os quais recuperam o calor na caldeira.
• A Usina Nuclear é uma instalação industrial que tem por finalidade produzir energia elétrica a partir de reações nucleares. As reações nucleares de elementos radioativos produzem uma grande quantidade de energia térmica.
• Geralmente, as usinas nucleares são construídas por um envoltório de contenção feito de ferro armado, concreto e aço, com a finalidade de proteger o reator nuclear de emitir radiações para o meio ambiente.
  
  O elemento mais utilizado para a produção dessa energia é o urânio.
  
  Fases de uma Usina Nuclear
  
  Como mostra a figura abaixo, uma usina nuclear é formada basicamente por três fases, a primária, a secundária e a refrigeração.
  
  Inicialmente, o urânio é colocado no vaso de pressão. Com a fissão, há a produção de energia térmica. No sistema primário, a água é utilizada para resfriar o núcleo do reator nuclear.
  
  No sistema secundário, a água aquecida pelo sistema primário transforma-se em vapor de água em um sistema chamado gerador de vapor. O vapor produzido no sistema secundário é aproveitado para movimentar a turbina de um gerador elétrico.
  
  O vapor de água produzido no sistema secundário é então transformado em água através de um sistema de condensação, ou seja, através de um condensador que, por sua vez, é resfriado por um sistema de refrigeração de água. Esse sistema bombeia água do mar, água fria, através de circuitos de resfriamento que ficam dentro do condensador.
  
  Por fim, a energia que é gerada através de todo o processo de fissão nuclear chega às residências por redes de distribuição de energia elétrica.

  
  

  

  Por Domiciano Marques
  Graduado em Física
  Equipe Brasil Escola

  Física Moderna - Física - Brasil Escola

  
  
  
  

  

  Usina nuclear de Angra dos Reis

• A Energia Eólica é o processo pelo qual o vento é transformado em energia cinética e a partir dela em eletricidade com o uso de equipamentos específicos.

  O vento é usado como gerador de energia desde a antiguidade em sistemas como o bombeamento de água, a moagem de grãos e a movimentação de barcos.

  A ONU (Organização das Nações Unidas) classifica a energia eólica como MDL (Mecanismo de Desenvolvimento Limpo) e a colocou como prioridade para investimentos no incentivo à chamada economia verde.

  Impactos Ambientais

  Hoje, a energia eólica é a mais buscada entre as fontes de energia renováveis. É a opção às fontes não-renováveis que mais são utilizadas para abastecimento em todos os países.

  Os modelos de exploração de energia predominantes recebem críticas pelos intensos impactos ambientais que geram.

  As termoelétricas contribuem para o efeito estufa devido ao lançamento de resíduos da queima dos combustíveis, como madeira, óleo ou carvão vegetal.

  A fonte mais utilizada no Brasil, as hidrelétricas alagam imensas áreas e alteram o curso dos rios. Já as usinas nucleares, representam risco de contaminação permanente por radiação.

  Com funciona o aerogerador?

  

  A energia eólica é gerada com a movimentação de grandes turbinas conhecidas por aerogeradores, em formato de cata-vento ou de moinhos. As turbinas são instaladas em regiões onde há os ventos chamados predominantes.

  Seu funcionamento é basicamente feito pela transformação da energia cinética, em energia mecânica ou energia elétrica.

  Para entender melhor é preciso saber que o vento é o resultado de correntes de conversão na atmosfera da Terra e que são impulsionadas pela energia térmica gerada pelo Sol. Ou seja, o vento é um tipo de energia solar e quando não há Sol, ele não existe.

  O movimento do ar, que conhecemos como vento, surge na superfície da terrestre onde há solo e água. O calor do Sol aquece mais rápido o solo que a água e o ar aquecido é mais leve, por isso sobe. À noite, o ar sobre a água é mais quente e é substituído pelo ar mais fresco do solo.

  Esse movimento gera energia cinética que pode ser transformado em energia elétrica a partir da movimentação da turbinas. Os equipamentos têm duas limitações: não funcionam sem vento, obviamente, e o vento em excesso os danifica.

  Energia Eólica no Brasil

  O exploração comercial da energia eólica no Brasil começou em 1992, quando foi instalado o primeiro aerogerador em Fernando de Noronha (PE). A matriz atual conta com 298 usinas eólicas instaladas e coloca o País como líder do setor no mercado sul-americano.
• A Energia Geotérmica (ou Energia Geotermal) é um tipo de energia renovável obtida através do calor proveniente do interior do planeta terra. O processo de aproveitamento dessa energia é feito por meio de grandes perfurações no solo, visto que o calor do nosso planeta existe numa parte abaixo da superfície da Terra. Do grego, a palavra "geotérmica" é formada pelos termos “geo”, que significa Terra, e “therme”, correspondente à temperatura.
  De tal modo, esse tipo de recurso energético é obtido por meio das rochas quentes, (secas e úmidas) e o vapor quente provenientes do interior da Terra. A energia geotérmica começou a ser explorada no início do século XX, embora já fosse utilizada pelos povos antigos para banhos e cozinhar alimentos nas chamadas fontes termais. Atualmente ela é produzida nas centrais geotérmicas, local em que ela é transformada em energia elétrica.
  Por ser um recurso natural renovável produz baixo impacto ambiental, sendo aproveitada atualmente para cozinhar, aquecer casas, edifícios, piscinas e ainda, na produção de estufas para vegetais. Observe que as famosas “termas” de águas quentes, são exemplos da água geotérmica, aquecida no interior da terra pelo contato com rochas muito quentes.

  Usinas Geotérmicas

  As Usinas ou Centrais Geotérmicas são os locais de produção desse tipo de energia, sendo implantada próxima aos locais onde há grande quantidade de vapor e água quente. Dessa maneira, os reservatórios geotérmicos fornecem a energia necessária para alimentar os geradores de turbina, produzindo assim, a eletricidade. Em 1904, foi construída a primeira Usina Geotérmica do mundo, na cidade de Larderello, Itália.

  Vantagens e Desvantagens

  Importante observar que, embora a energia geotérmica seja uma energia menos poluente, se retirada de maneira irregular pode causar danos ao planeta, alterando assim sua geologia.
  
  
• Usina Solar (ou Usina de Energia Solar Fotovoltaica) é um complexo repleto de módulos fotovoltaicos (placas solares) com capacidade de gerar energia elétrica por meio da luz do sol. Conhecida também como Parque Solar ou Fazenda Solar, nela a energia é gerada em altas voltagens para fins de distribuição. 
  Quando falamos de energia solar fotovoltaica no Brasil, usina solar é logo um dos tópicos quem vem a nossa mente, visto a quantidade desses projetos sendo instalados no país.
  Diferentemente do segmento de geração distribuída, que cresce rapidamente no Brasil através dos sistemas fotovoltaicos instalados diretamente nas casas e empresas dos consumidores, na usina solar a energia é gerada de forma centralizada e em grande quantidade.
  Devido a disponibilidade de luz do sol existente no país, esse segmento de geração centralizada também vem avançando a passos largos, com novas instalações de usinas de energia solar no Brasil a cada ano.

  O que é uma Usina Solar Fotovoltaica?

  Um gigantesco sistema solar fotovoltaico; é assim que poderíamos definir uma usina solar, que utiliza dos mesmos equipamentos para gerar energia elétrica a partir da luz do sol.
  A diferença está exatamente no tamanho e complexidade do projeto, assim como na finalidade a que se destina a energia gerada.
  Uma usina solar utiliza milhares ou mesmo centenas de milhares de módulos fotovoltaicos para gerar energia, os quais ocupam milhares de quilômetros quadrados de extensão.
  Esses módulos (conhecidos popularmente como placas solares) podem ser instalados em terra ou mesmo sobre a água de represas, rios ou mares, através de sistemas de flutuamento (por isso são chamadas de usinas solares flutuantes). 
  Em terra, esses módulos ainda podem ser instalados sobre estruturas chamadas de “trackers”, que movem o painel conforme o deslocamento do sol no céu para otimizar a captação da luz e, assim, aumentar a geração de energia. 
  De maneira oposta aos sistemas fotovoltaicos residenciais ou comerciais, na qual a energia é gerada para ser consumida, na usina solar a enorme carga gerada é destinada para a venda e distribuição na rede elétrica.
  
  No Brasil, onde o potencial da energia solar fotovoltaica é imenso, não utilizar essa fonte limpa e renovável para suprir a demanda da população seria algo sem sentido, e exatamente por isso que o governo vem investindo em usinas de energia solar no Brasil como forma de diversificar a nossa matriz energética.

  Usina de Energia Solar: Como Funciona?

  
  As usinas solares fotovoltaicas operam de forma semelhante ao funcionamento dos sistemas de energia solar fotovoltaica residencial, porém em uma escala bem maior, pois são projetadas para a produção e venda de grande volume de energia em alta tensão.
  Nessas usinas fotovoltaicas, que são o único tipo de usina sendo instalado de forma comercial no Brasil (existem também as usinas solares Heliotérmicas), milhares, senão milhões, de painéis fotovoltaicos captam a luz do sol e a convertem em energia elétrica através de um processo chamado efeito fotovoltaico. 
  Os painéis são montados no solo, podendo ser fixados em terra ou então sobre estruturas chamadas de sistemas Solar-Tracker, que são dispositivos que direcionam o painel conforme a posição do sol, de forma a deixá-lo sempre no melhor ângulo para captação da luz.
  Embora isso aumente consideravelmente a eficiência de geração do módulo, esses dispositivos também encarecem o custo final da usina.
  Essa energia, que é gerada em Corrente Contínua (CC), é então enviada aos inversores fotovoltaicos, que a convertem em Corrente Alternada (CA), que é o tipo de energia que consumimos em nossos estabelecimentos.
  Até esse ponto não existe diferença para os sistemas de energia solar residencial, no entanto, como essa energia será enviada aos pontos de consumo através das linhas de alta tensão, ela precisa passar antes pelos transformadores, que irão elevar sua tensão, que vem dos inversores em até 380 volts, para tensões que vão de 13.800 volts até 230.000 volts.  

  Usina Solar: Vantagens e Desvantagens

  Dentre as principais vantagens de uma usina solar fotovoltaica podemos citar o uso da energia limpa do sol, quando comparada as usinas que utilizam fontes poluentes, ou até mesmo as hidrelétricas, que apesar de usar uma fonte limpa, acabam gerando um impacto ambiental muito grande onde são instaladas.
  O potencial da energia solar no Brasil, como já falamos, é extremamente grande. Como exemplo, se cobríssemos uma área do tamanho do reservatório da usina hidrelétrica de sobradinho com placas solares, a produção seria suficiente para suprir o consumo elétrico do Brasil inteiro.
  Por esse motivo, apostar em usinas de energia solar no Brasil que, apesar de possuírem alto custo inicial, podem ser instaladas nas mais diversas regiões e têm custo de manutenção ínfimo e longa vida útil, é uma alternativa altamente vantajosa e sustentável para o país suprir a sua demanda de consumo.
• A biomassa é um material constituído principalmente de substâncias de origem orgânica, ou seja, de animais e vegetais. A energia é obtida através da combustão da lenha, bagaço de cana-de-açúcar, resíduos florestais, resíduos agrícolas, casca de arroz, excrementos de animais, entre outras matérias orgânicas.
  
  
  Essa fonte energética é renovável, pois a sua decomposição libera CO2 na atmosfera, que, durante seu ciclo, é transformado em hidratos de carbono, através da fotossíntese realizada pelas plantas. Nesse sentido, a utilização da biomassa, desde que controlada, não agride o meio ambiente, visto que a composição da atmosfera não é alterada de forma significativa.
• Entre as principais vantagens da biomassa estão:
  - Baixo custo de operação;
  - Facilidade de armazenamento e transporte;
  - Proporciona o reaproveitamento dos resíduos;
  - Alta eficiência energética;
  - É uma fonte energética renovável e limpa;
  - Emite menos gases poluentes.
  Porém, o seu uso sem o devido planejamento pode ocasionar a formação de grandes áreas desmatadas pelo corte incontrolado de árvores, perda dos nutrientes do solo, erosões e emissão excessiva de gases.
  A utilização da energia da biomassa é de fundamental importância no desenvolvimento de novas alternativas energéticas. Sua matéria-prima já é empregada na fabricação de vários biocombustíveis, como, por exemplo, o bio-óleo, BTL, biodiesel, biogás, etc.

Exercícios.

1)  liberado na queima do material vegetal pela absorção desse elemento no crescimento das plantas. Entretanto, estudos indicam que as emissões de metano (CH₄) das hidrelétricas podem ser comparáveis às emissões de CO₂ das termelétricas.

MORET, A. S.; FERREIRA, I. A. As hidrelétricas do Rio Madeira e os impactos socioambientais da eletrificação no Brasil. Revista Ciência Hoje. V. 45, n.° 265, 2009 (adaptado).

No Brasil, em termos do impacto das fontes de energia no crescimento do efeito estufa, quanto à emissão de gases, as hidrelétricas seriam consideradas como uma fonte:

a) poluidora, colaborando com níveis altos de gases de efeito estufa em função de seu potencial de oferta. poluidora, colaborando com níveis altos de gases de efeito estufa em função de seu potencial de oferta.

b) eficaz de energia, tomando-se o percentual de oferta e os benefícios verificados.

c) limpa de energia, não afetando ou alterando os níveis dos gases do efeito estufa.

d) limpa de energia, contribuindo para minimizar os efeitos desse fenômeno.

e) alternativa, tomando-se por referência a grande emissão de gases de efeito estufa das demais fontes geradoras.

2) A procura por novas fontes renováveis de energia surge como alternativa importante para superar dois problemas atuais: a escassez de fontes não renováveis de energia, principalmente do petróleo, e a poluição ambiental causada por essas fontes (combustíveis fósseis).

Assinale a alternativa que apresenta um tipo de recurso energético não renovável:

a) Biomassa, massa dos seres vivos habitantes de uma região.

b) CarSegundo dados do Balanço Energético Nacional de 2008, do Ministério das Minas e Energia, a matriz energética brasileira é composta por hidrelétrica (80%), termelétrica (19,9%) e eólica (0,1%). Nas termelétricas, esse percentual é dividido conforme o combustível usado, sendo: gás natural (6,6%), biomassa (5,3%), derivados de petróleo (3,3%), energia nuclear (3,1%) e carvão mineral (1,6%). Com a geração de eletricidade da biomassa, pode-se considerar que ocorre uma compensação do carbonovão mineral, extraído da terra pelo processo de mineração.

c) Biogás, utilização das bactérias na transformação de detritos orgânicos em metano.

d) Hidrogênio, utilizado como célula combustível.

e) Energia geotérmica, aproveitamento do calor do interior da Terra.

3) ENERGIA NUCLEAR

Rosa de Hiroxima
Pensem nas crianças
Mudas telepáticas
Pensem nas meninas
Cegas inexatas
Pensem nas mulheres
Rotas alteradas
Pensem nas feridas
Como rosas cálidas
Mas, oh, não se esqueçam
Da rosa da rosa
Da rosa de Hiroxima
A rosa hereditária
A rosa radioativa
Estúpida e inválida
A rosa com cirrose
A anti-rosa atômica
Sem cor sem perfume
Sem rosa sem nada
(Vinícius de Moraes)

O poema refere-se à Rosa de Hiroxima como “radioativa, estúpida, inválida”, destacando os efeitos nocivos da radioatividade, um dos subprodutos da energia nuclear e que pode vazar para o ambiente através do lixo atômico ou por acidentes, como o que ocorreu na usina nuclear de Chernobyl, na Ucrânia. Entre as vantagens da energia nuclear, que compensam os perigos de possíveis acidentes, destacam-se:

a) o fato de ser renovável, não causar grandes impactos ambientais, como as hidrelétricas, e não ser fonte de conflitos entre países, pois não é uma fonte finita.

b) a presença, na geração de energia, tanto de capitais privados como estatais, pois as usinas nucleares são investimentos de baixo custo e retorno rápido.

c) o combustível (urânio enriquecido) é relativamente barato, a geração de resíduos é pequena e não há geração de gases que intensificam o efeito estufa.

d) a abundância do combustível (urânio) em todo o mundo, o baixo custo de implantação de usinas nucleares e a tecnologia acessível aos países pobres.

e) o controle internacional sobre a geração de energia nuclear e a legislação ambiental rígida, que restringem a construção de usinas pelos países que não seguem as normas.

4) O elemento químico utilizado para a obtenção de energia nuclear é:

a) Tório

b) Césio

c) Hidrogênio

d) Urânio

e) Chumbo

5) A Energia solar não provoca danos ambientais, podendo ser considerada uma fonte de energia limpa.

A afirmativa acima está:

a) Incorreta, pois toda a produção de energia elétrica pelos raios de sol emite poluentes na atmosfera.

b) Incorreta, pois a proliferação da energia solar agravaria o problema do efeito estufa.

c) Incorreta, pois muitos animais morrem em função da insolação causada por essas usinas, gerando danos ambientais relacionados com a quebra da cadeia alimentar.

d) Correta, pois a energia gerada pelo sol não ocasiona transformações imediatas na atmosfera, que seriam sentidas apenas a longo prazo.

e) Correta, pois não há queima de combustíveis e nem ocupação de grandes áreas para a utilização dessa fonte de energia.