Energia hídrica e eólica 6ª CONFERÊNCIA

Energia hídrica É aquela que é obtida a partir da energia cinética ou potencial de uma massa de água.  Trata-se de uma fonte de energia renovável. Com efeito, o sol aquece a água dos oceanos, lagos e rios transformando-a em vapor de água.  O vapor de água sobe para atmosfera e, quando alcança as zonas mais frias condensa-se transformando-se em nuvens.  Estas nuvens libertam a água em forma de precipitação. Na natureza a energia hídrica se manifesta através de fluxos de água, como nos rios e lagos, e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda de água.

Energia hídrica (cont.) A energia disponível resulta da transformação da energia potencial de uma massa de água em energia cinética. A energia cinética da água provoca a rotação de uma turbina hidráulica. Esta energia mecânica da turbina por sua vez converte-se em energia eléctrica.

Esquema duma central hidroeléctrica

Turbina hidráulica e esquema da central hidroeléctrica

Turbinas hidráulicas: As turbinas podem ser usadas como compressores ou como accionadores de um equipamento industrial ou de um gerador eléctrico para fornecer energia eléctrica a uma rede de energia. Além das grandes indústrias hidroeléctricas que fornecem energia ao vasto mercado, há também a aplicação de energia hídrica no campo através de pequenas centrais hidroeléctricas baseadas em rios de pequeno porte.

Princípio: A vazão da água Q, cai do declive. A densidade do fluído é ρ. Assim, o fluxo de água que cai é. Se a altura do desnível for H, a potência máxima que pode ser obtida através do tal desnível pode ser dada pela fórmula: A única razão para que a potência gerada seja menor que são as perdas devido ao atrito. Para que a energia seja gerada de forma contínua no tempo, é necessário que haja um fluxo de água Embora se possa usar qualquer reservatório de água, como um lago, deve haver um fornecimento de água ao lago, caso contrário, com o tempo haverá redução da potência gerada.

Energia hídrica (cont.) Vantagens:  O aproveitamento da energia hídrica é uma tecnologia madura e difundida em muitos países do mundo.  Sistemas hidroeléctricos têm uma vida útil muito maior, com exigências de manutenção relativamente baixos.  Permitem a geração contínua e constante de energia.  Contribui para a mitigação das emissões dos gases do efeito estufa.  É uma fonte de energia barata pois a água não se compra e é renovável.  As albufeiras podem ser usadas para a pesca, natação, corrida de barcos e outros desportos.

Desvantagens:  Os investimentos iniciais são relativamente altos A formação do lago pode inundar zonas, provocando: o Deslocamentos de povos nativos. o Destruição do ecossistema (florestas e importantes recursos pesqueiros) o Deslocação e empobrecimento de pessoas. o Inundação de zonas para a prática de agricultura o Árvores cortadas e em putrefacção, nas zonas inundadas, podem constituir fonte de emissão do Metano CH 4 (gás do efeito estufa).

Energia eólica : É a energia gerada pelo vento. Esta energia vem sendo usada há anos para:  Mover barcos á vela  Moinhos de vento de várias espécies para:  Moer grãos de cereais  Bombear água até níveis elevados. Actualmente, pode ser aproveitada com o recurso à turbinas eólicas e cata-ventos. No processo de produção de energia a partir da energia eólica, a energia cinética das massas de ar se transforma em energia mecânica e depois eléctrica.

Turbina Eólica Turbina eólica da praia de Rocha – Inhambane, fonte: V. Dava, Dissertacao

Parque eólico :

Energia eólica (cont.) Portanto, a energia eólica pode ser usada para:  Bombeamento de água  Mover barcos à vela  Moer cereais  Produção de energia eléctrica. Origem do vento: O vento resulta da expansão e conveccão do ar à medida que a radiação solar é absorvida na Terra. À escala global os efeitos térmicos combinam-se com os efeitos dinâmicos resultantes da rotação da Terra para produzirem os padrões de ventos prevalecentes. À nível local ocorrem variações causadas por factores geográficos e ambientais. A força do vento tende a crescer com o quadrado da sua velocidade.

Energia eólica (cont.) A velocidade do vento é afectada por vários factores:  A altura,  topografia local e  varia muito com o tempo. A velocidade do vento aumenta com a altitude e a componente horizontal é consideravelmente maior que a vertical A potência útil pode ser aproveitada em ventos moderados quando a velocidade do vento for ≈ 10 m/s. Sabendo que a densidade do ar ao nível do mar é de 1,2 kg/m 3, então a potência é de 600 W/m 2.

Energia eólica (cont.) Sistemas autónomos de energia eólica têm um grande potencial como substitutos dos combustíveis usados para aquecimento ou para a geração de electricidade a partir dos motores à diesel. Os sistemas autónomos podem ser aplicados à comunidades remotas e isoladas. Considere-se uma massa de ar de densidade ρ, que se move à velocidade constante A energia cinética dessa massa de ar é dada por :

Potência disponível num fluxo de ar A potência desse vento é dada por: A potência disponível numa massa de ar em movimento aumenta com o cubo da velocidade.  Assim, é vantajoso encontrar sítios com ventos de alta velocidade. A possibilidade mais óbvia é colocar as turbinas numa torre muito alta.

Potência extraída por uma turbina: A potência que a turbina pode, realmente, extrair do fluxo de ar, deve ser expressa como o produto entre um número c N e a potência do vento não perturbado. Para vento de dada velocidade N e aumenta com c N. O coeficiente de eficiência c N. < 1 pois nem toda a energia é extraída do vento. Foi demonstrado que c Nmáx = 16/27= 0,59 e é chamado de limite de Betz, Em homenagem ao engº Alemão que deduziu a expressão.

Potência extraída por uma turbina (cont.) As turbinas eólicas modernas, têm o coeficiente de eficiência próximo a c Nmáx, c N ≈ 0,4. Para a produção de energia eléctrica a rotação da turbina é acoplada ao gerador, o qual cria uma corrente alternada. Vantagens:  Provisão de energia à zonas remotas e isoladas.  Impacto ambiental mínimo, tanto em termos de ruido quanto no ecossistema.  Contribui para a mitigação das emissões dos gases do efeito estufa.

Desvantagens:  Para a produção de energia em grande escala só são possíveis regiões que tenham ventos com velocidade média igual ou superior a 6 m/s.  Questão de espaço físico, pois que tanto as turbinas eólicas quanto os cata-ventos são instalações mecânicas grandes e ocupam áreas extensas.  Tem um potencial para contribuir para a perda de beleza natural.