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Início. Fontes Alternativas de Energia 2 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Parte 1: Utilização de termogeradores como fonte de energia.

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1 início

2 Fontes Alternativas de Energia 2 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Parte 1: Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

3 3 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/ : Thomas Seebeck mediu uma diferença de potencial nas extremidades frias de um termopar

4 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 4 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Principal Vantagem da Termogeração: por ser um processo sólido de conversão da energia térmica em energia elétrica, não possui partes móveis. Atualmente utilizam-se materiais semicondutores de dopagens opostas na composição do termopar (silício tipo p e silício tipo n). Utilização comercial dos Termo-Geradores (TEGs): a partir da década de 60.

5 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 5 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Extremidade fria do elemento N Pólo Negativo Extremidade fria do elemento P Pólo Positivo Curto entre os elementos Corrente Elétrica

6 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 6 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004Solução Arranjo série-paralelo (termopilha) Cada elemento termopar Baixo nível de tensão (0,7V) Bom nível de potência (1W)

7 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 7 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 O módulo termelétrico selado (termopilha) obs: Parte quente = 540ºC, Parte fria= 140ºC

8 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 8 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Elementos componentes dos TEGs

9 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 9 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Fonte de Calor: queimadores alimentados com gás natural ou propano. Palhetas de Resfriamento: entregam ao meio- ambiente o excedente de calor não convertido em energia elétrica.

10 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 10 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Instalação de Sistema com 5000W

11 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 11 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Detalhes de um Sistema Instalado

12 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 12 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Vida útil: no mínimo, 20 anos Vida útil: no mínimo, 20 anos Baixa manutenção Baixa manutenção Podem operar em qualquer situação climática na superfície da terra (suportam variações de temperatura ambiente de –30ºC a +50ºC) Podem operar em qualquer situação climática na superfície da terra (suportam variações de temperatura ambiente de –30ºC a +50ºC) Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 a 550W Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 a 550W Há sistemas instalados com até 8000W Há sistemas instalados com até 8000W Não necessitam baterias de backup Não necessitam baterias de backup

13 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 13 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Aplicações: Locais remotos, sem rede convencional, de difícil acesso Locais remotos, sem rede convencional, de difícil acesso Alimentação de sistemas que necessitem de alta confiabilidade Alimentação de sistemas que necessitem de alta confiabilidade Estações de telecomunicação, comunicação de dados, sinalização, etc. Estações de telecomunicação, comunicação de dados, sinalização, etc.

14 Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 14 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Manutenção: Dependerá do grau de pureza do combustível injetado, pois as pilhas não necessitam de manutenção. Dependerá do grau de pureza do combustível injetado, pois as pilhas não necessitam de manutenção. Combustíveis limpos e/ou filtros de combustível de alta eficiência garantem longos períodos de funcionamento sem necessidade de manutenção. Combustíveis limpos e/ou filtros de combustível de alta eficiência garantem longos períodos de funcionamento sem necessidade de manutenção.

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16 Fontes Alternativas de Energia 16 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Parte 2: Centrais Elétricas com Geração a Partir de Chaminé Solar

17 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 17 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Motivação: Necessidade de prover a crescente população mundial com energia limpa; Necessidade de prover a crescente população mundial com energia limpa; Desafio do desenvolvimento de fontes alternativas, não poluentes e de baixo impacto ambiental; Desafio do desenvolvimento de fontes alternativas, não poluentes e de baixo impacto ambiental; Substituição dos combustíveis não-renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) por combustíveis limpos, não poluentes; Substituição dos combustíveis não-renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) por combustíveis limpos, não poluentes; Exploração de uma fonte inesgotável de energia, o SOL, para produção de Energia Elétrica. Exploração de uma fonte inesgotável de energia, o SOL, para produção de Energia Elétrica.

18 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 18 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Efeito Chaminé Efeito Chaminé Efeito Estufa Efeito Estufa Turbina Eólica com Gerador Elétrico Turbina Eólica com Gerador Elétrico Princípios de Funcionamento da Chaminé Solar

19 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 19 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Cilindro da Torre Cilindro da Torre Turbina(s) Turbina(s) Coletor de Vidro Coletor de Vidro com armazenamento de calor Principais Componentes da Chaminé Solar

20 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 20 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a radiação solar, o calor passa ao solo Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a radiação solar, o calor passa ao solo O ar frio entra pela periferia e circula radialmente em direção à base da chaminé, sendo aquecido pelo calor do solo sob a cobertura O ar frio entra pela periferia e circula radialmente em direção à base da chaminé, sendo aquecido pelo calor do solo sob a cobertura O ar quente atinge a chaminé, causando uma forte corrente de convecção, movimentando as turbinas O ar quente atinge a chaminé, causando uma forte corrente de convecção, movimentando as turbinas Coletor – Efeito de Estufa

21 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 21 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 A produção de energia elétrica depende da incidência solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou final do dia; A produção de energia elétrica depende da incidência solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou final do dia; O solo armazena parte do calor coletado durante o dia e o libera durante a noite: O solo armazena parte do calor coletado durante o dia e o libera durante a noite: Geração de Energia x Horas do Dia

22 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 22 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Armazenamento de Calor O uso de um sistema de armazenamento de calor usando tubos cheios de água permite à chaminé gerar energia continuamente durante 24 horas O uso de um sistema de armazenamento de calor usando tubos cheios de água permite à chaminé gerar energia continuamente durante 24 horas

23 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 23 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Armazenamento de Calor Tubos pretos, cheios de água, fechados, preenchidos uma única vez (a água não evapora) equaliza a geração de energia durante as 24h do dia: Tubos pretos, cheios de água, fechados, preenchidos uma única vez (a água não evapora) equaliza a geração de energia durante as 24h do dia:

24 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 24 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Armazenamento de Calor Dependendo da altura do colchão dágua, ajusta-se a produção de energia durante as 24h do dia: Dependendo da altura do colchão dágua, ajusta-se a produção de energia durante as 24h do dia:

25 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 25 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Chaminé É a máquina térmica do sistema; É a máquina térmica do sistema; Funciona como o conduto forçado de uma hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa superfície); Funciona como o conduto forçado de uma hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa superfície); Quanto mais alta, maior a diferença de temperatura e a diferença de pressão ao longo da altura da chaminé; Quanto mais alta, maior a diferença de temperatura e a diferença de pressão ao longo da altura da chaminé; É geralmente construída de metal, com base em concreto. É geralmente construída de metal, com base em concreto.

26 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 26 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Chaminé

27 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 27 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Turbina É do tipo de pressão (8 vezes mais energia que uma turbina de velocidade com o mesmo diâmetro); É do tipo de pressão (8 vezes mais energia que uma turbina de velocidade com o mesmo diâmetro); O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no sistema) é controlado através do ajuste do ângulo das palhetas da turbina. O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no sistema) é controlado através do ajuste do ângulo das palhetas da turbina. Alternativamente, podem ser usadas diversas turbinas de eixo horizontal, distribuídas radialmente em relação à base da chaminé. Alternativamente, podem ser usadas diversas turbinas de eixo horizontal, distribuídas radialmente em relação à base da chaminé.

28 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 28 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Turbina

29 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 29 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Otimização do Sistema Fatores Principais na Produção Anual de Energia: Fatores Principais na Produção Anual de Energia: área do coletor área do coletor altura da chaminé altura da chaminé tipo de vidro tipo de vidro

30 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 30 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Resultados Experimentais Instalação Experimental em Manzanares (Espanha) Instalação Experimental em Manzanares (Espanha) projeto alemão, custo: US$ 6 milhões, 10 anos de duração projeto alemão, custo: US$ 6 milhões, 10 anos de duração forneceu energia de forma ininterrupta de julho de 1986 a fevereiro de 1989 forneceu energia de forma ininterrupta de julho de 1986 a fevereiro de 1989 chaminé com 195m de altura e 10m de diâmetro, área de coletor de m 2 chaminé com 195m de altura e 10m de diâmetro, área de coletor de m 2 potência nominal de 50kWp potência nominal de 50kWp

31 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 31 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

32 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 32 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

33 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 33 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Projeto em Execução Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 150m de diâmetro Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 150m de diâmetro Potência: 200 MWp Energia: 500 GWh/ano Potência: 200 MWp Energia: 500 GWh/ano Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma usina termelétrica a carvão ou 70% maior que geração eólica) Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma usina termelétrica a carvão ou 70% maior que geração eólica) Estrutura mista de aço e concreto Estrutura mista de aço e concreto Expectativa de entrada em operação: 2005 Expectativa de entrada em operação: 2005

34 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 34 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Aproveitamento da energia solar, gerando energia limpa, renovável, sem agressão ao meio ambiente; Aproveitamento da energia solar, gerando energia limpa, renovável, sem agressão ao meio ambiente; Adequada para países com grandes extensões de terra árida, alta insolação e mão-de-obra barata; Adequada para países com grandes extensões de terra árida, alta insolação e mão-de-obra barata; Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem interrupção no fornecimento de Energia Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor com água; Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem interrupção no fornecimento de Energia Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor com água; Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, concreto, aço, turbinas); Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, concreto, aço, turbinas); Características e Vantagens:

35 Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica 35 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 Extremamente confiável e durável, pois requer componentes simples e robustos (baixa manutenção); Extremamente confiável e durável, pois requer componentes simples e robustos (baixa manutenção); As únicas partes móveis são as turbinas e os geradores, que entretanto, não necessitam de manutenção intensiva por não trabalharem em contato com a água; As únicas partes móveis são as turbinas e os geradores, que entretanto, não necessitam de manutenção intensiva por não trabalharem em contato com a água; A eficiência da conversão da energia solar em energia elétrica é baixa, sendo compensada pelo baixo custo de instalação e operação, mas ainda muito superior ao custo das centrais convencionais. A eficiência da conversão da energia solar em energia elétrica é baixa, sendo compensada pelo baixo custo de instalação e operação, mas ainda muito superior ao custo das centrais convencionais. Características e Vantagens:


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