Energia Eólica

A energia do vento a muito que tem sido utilizada para benefício próprio do Homem. Começando a ser utilizada para a movimentação de barcos, assim como para a moagem e o bombeamento de água. Mais tarde utilizou-se o vento para a produção de eletricidade, sendo necessária a utilização de um sistema eólico para converter energia cinética do vento em energia mecânica de rotação.

As turbinas podem dividir-se em dois grupos:  Eixo Horizontal, em que o eixo de rotação é paralelo ao solo e alinhado com o caudal do vento (Fig. 1.1).  Eixo Vertical, em que o eixo de rotação é vertical em relação ao solo (Fig. 1.2).

Figura 1.1 Turbina de eixo horizontal Figura 1.2 Turbina de eixo vertical

 Vantagens As turbinas de eixo horizontal destacam-se por apresentarem na sua grande maioria, arranque automático e por poder colocar-se em locais tais como florestas e outros locais remotos assim como no mar. Desta forma é possível elevar a eficiência do sistema eólico, pois a turbina está sujeita a ventos mais regulares.  Desvantagens As principais desvantagens da turbina de eixo horizontal prendem- se com o fato do seu funcionamento junto ao solo ser um pouco turbulento, diminuindo assim a sua eficiência. Por outro lado, existe a adversidade de transportar os vários componentes do gerador (pás, torre, etc.) até ao local de instalação, sendo necessários meios de transporte específicos para o seu transporte. Outra dificuldade surge com a sua instalação, pois são necessárias máquinas de grande porte, para poder manusear os vários componentes, podendo este problema agravar-se aquando da instalação de geradores de grandes dimensões em locais de difíceis acessos. Por fim, o impacto visual causado pela sua instalação, pois para se extrair grandes quantidades de energia cinética do vento é necessário instalar grandes geradores incluindo pás gigantescas, torres enormes, etc.

 Vantagens As turbinas de eixo vertical oferecem uma manutenção mais acessível, pois a maioria dos elementos desta turbina encontra-se junto ao solo. É uma turbina que é indiferente à direção do vento, logo não necessita de mecanismos de orientação direcional. Podem ser mais fáceis de transportar e instalar além do que, oferecem uma menor probabilidade de ruptura perante ventos fortes.  Desvantagens A maioria das turbinas de eixo vertical produz energia apenas com uma eficiência de 50% em comparação com as turbinas de eixo horizontal, devido ao fato dos ventos que circulam próximo do solo ser mais lentos e menos regulares.

 Pás;  Rotor;  Caixa de Velocidade;  Gerador;  Torre.

Em relação aos termos construtivos as pás podem ter as mais variadas formas e empregar os mais variados materiais, no entanto devem ser fortes para evitar o contato entre as pás e a torre. Os materiais mais utilizados são a fibra de vidro, fibra de carbono, alumínio, madeira e PVC. Se o diâmetro e a solidez das pás forem mantidos constantes, então o rendimento aumenta com o número de pás. Por outro lado, com o aumento do número de pás, a velocidade de rotação diminui sendo necessário uma caixa de velocidades maior. A maioria das turbinas tem três pás uma vez que oferece maior estabilidade e menor vibração.

O rotor aciona um gerador eléctrico por intermédio de um eixo e uma caixa de velocidades para aumentar a velocidade de rotação do gerador relativamente ao rotor. O rotor pode ser constituído por uma pá e contrapeso (pouco utilizado), duas pás, três pás ou múltiplas pás, que se encontram acopladas a um eixo central, podendo dividir-se em três grupos:  Rápidos – duas a três pás;  Velocidade média – três a seis pás;  Lentas – seis a vinte e quatro pás.

A figura abaixo mostra que à medida que o tamanho do rotor aumenta a potência produzida pelo gerador também aumenta uma vez que a área varrida pelo rotor também aumenta.

A maior parte dos fabricantes de grandes turbinas usam uma caixa de velocidades de modo a reduzir o número de pares de polos necessários para o gerador eléctrico. Para além da redução do número de polos, a caixa de velocidades é utilizada para manter a rotação do gerador numa velocidade ideal.

Para converter a energia mecânica disponível no eixo produzida pelo rotor, utiliza-se uma máquina elétrica que pode ser de dois tipos, de corrente alternada ou de corrente contínua. Estes geradores podem funcionar como sistemas de velocidade variável ou então como sistemas de velocidade fixa.

O objetivo é poder elevar a turbina até ventos mais regulares, alcançando dessa forma uma maior eficiência uma vez que a velocidade do vento aumenta com a distância ao solo. As torres podem ser tubulares (Figura 1.4) ou em Treliça (Figura 1.5)

Figura 1.4 Torre Tubular Figura 1.5 Torre em Treliça

Parque Eólico de Palmas, Paraná

Thanet Wind Farm, Inglaterra.

Usina termoelétrica é uma instalação industrial usada para geração de energia elétrica partir da energia liberada em forma de calor, normalmente por meio da combustão de algum tipo de combustível renovável ou não renovável.

 Chamam-se termo- elétricas por que são constituídas de 2 partes, uma térmica onde se produz muito vapor a altíssima pressão e outra elétrica onde se produz a eletricidade.  A energia elétrica é produzida por um gerador.  O gerador possui um eixo que é movido por uma turbina.  A turbina é movida por um jato de vapor sob forte pressão. Depois do uso, o vapor é condensado e retornado para a caldeira.  O vapor é produzido por uma caldeira.  A caldeira é aquecida com a queima de óleo combustível.

 Geralmente funciona com algum tipo de combustível fóssil como gasolina, petróleo, gás natural ou carvão, é queimado na câmara de combustão, com o ar que aumenta sua pressão através de um compressor axial anteposto a câmara, é interligada à turbina provinea misturada para a queima da combustão. Com grande pressão (compressor) maior a temperatura (câmara de combustão) essa união é 'levada' a turbina sendo transformada em potência de eixo, fazendo assim o giro da turbina "neste caso TG- Turbina a gás". Dos gases provenientes da turbina, ou seja, os gases de exaustão são direcionados a uma caldeira de recuperação de calor que pode ser aquatubular ou flamotubula. Em se tratando da Aquatubular: a água passa por dentro das serpentinas "interno da caldeira por vários estágios- Evaporador, economizador e superaquecedor trocando calor com estes gases de exaustão criando assim uma grande massa de vapor que então será direcionado a uma turbina a vapor”. Essa água pode provir de um rio, lago ou mar, dependendo da localização da usina.

 O vapor movimenta as pás de uma turbina e cada turbina é conectada a um gerador de eletricidade. O vapor é resfriado em um condensador, a partir de um circuito de água de refrigeração, e não entra em contato direto com o vapor que será convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo.  Essa energia é transportada por linhas de alta tensão aos centros de consumo. Uma das vantagens desse tipo de instalação é a possibilidade de localização próxima aos centros consumidores, diminuindo a extensão das linhas de transmissão, minimizando as perdas de energia que podem chegar até a 16%.

Há vários tipos de usinas termoelétricas, sendo que os processos de produção de energia são praticamente iguais, porém com combustíveis diferentes. Alguns exemplos são:  Usina a óleo combustível;  Usina a gás: usa gás natural como o combustível para alimentar uma turbina de gás. Porque os gases produzem uma alta temperatura através da queima, e são usados para produzir o vapor para mover uma segundo turbina, e esta por sua vez de vapor. Como a diferença da temperatura, que é produzida com a combustão dos gases liberados torna-se mais elevada do que uma turbina do gás e por vapor, portanto os rendimentos obtidos são superiores, da ordem de 55%.

A grande desvantagem da usina térmica é a grande produção do dióxido de carbono CO2 e de fuligem que forma uma névoa preta que mancha as roupas, móveis e pessoas. Como se sabe, o dióxido de carbono é um gás que produz o efeito estufa que está aumentando a temperatura média da terra. Outra desvantagem é que este tipo de usina usa combustível fóssil, isto é, petróleo, carvão mineral e xisto, fontes que estão se esgotando rapidamente.

Usina Termoelétrica de Anápolis, Goiás

Yallourn W Power Station - Victoria, Australia

Uma central nuclear também pode ser considerada uma central termoelétrica, onde o combustível é um material radioativo que, em sua fissão, gera a energia necessária para seu funcionamento. Uma Usina Nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir eletricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioativos que através de uma reação nuclear produzem calor. Este calor é empregado por um ciclo termodinâmico convencional para mover um alternador e produzir energia elétrica.

A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se subdivide em duas ou mais partículas, e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo. A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Brasil, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coreia do Norte, Paquistão e Índia, entre outros.

Existem diversos tipos de usinas nucleares, entretanto seu princípio é fundamentalmente o mesmo. As pastilhas, péletes (forma de pílula) ou ainda varetas de urânio são responsáveis por todo o processo de geração de energia. Ele se inicia com a reação nuclear de fissão que gera um enorme volume de energia que tem como subproduto o calor. Esse calor será utilizado para aquecer grandes quantidades de água. A água nos reatores possui dois papéis importantes: por um lado é responsável por girar uma turbina que por sua vez gira um gerador elétrico que é o equipamento que cria a energia elétrica e por outro é responsável por ajudar a controlar a temperatura da fissão, caso contrário o urânio poderia superaquecer e derreter.

Apesar da possibilidade de acidentes ao longo da vida de uma usina nuclear é comprovada a eficácia destas estruturas em desempenhar sua função e produzirem energia de forma muito mais limpa. Uma das principais vantagens que podem ser citadas é a quantidade de urânio-235 necessária para produzir energia. Apenas 10g de urânio podem ser suficientes para produzir a mesma quantidade de energia que 700 kg de petróleo e 1200 kg de carvão. A eficiência das usinas nucleares é fantástica comparando-a com a eficiência de uma usina termoelétrica, por exemplo. As usinas nucleares não lançam gases estufa no planeta, logo elas não contribuem para o aquecimento global. É uma forma muito mais limpa de produzir energia elétrica.

Em relação às desvantagens de uma usina nuclear podemos citar alguns itens. Um dos principais problemas que uma usina nuclear pode causar é o lixo radioativo. Esse material é resultado da fissão nuclear e por ser radioativo não pode ser deixado exposto uma vez que essa radiação causaria problemas para a fauna e flora da região em que o material se encontra. O lixo radioativo de uma usina nuclear pode demorar centenas de anos para perder suas propriedades radioativas, todavia não são uma ameaça maior que os dejetos produzidos por outros tipos de usinas, uma vez que o material radioativo só precisa ser armazenado em lugares protegidos sem jamais causar qualquer tipo de problema.

Existe ainda um fator de risco, muito mais evidente, que é a possibilidade de explosão de uma usina nuclear. Como vimos, os processos de fissão resultam em um aquecimento considerável do urânio. Esse aquecimento, se não for controlado, pode causar a fusão do reator e originar um acidente nuclear de grandes proporções.

Á esquerda Usina Nuclear Angra 2 e á direita Usina Nuclear Angra 1.

Usina Nuclear de Kashiwazaki, Kariwa, Japão

A energia geotérmica existe desde que o nosso planeta foi criado. Geo significa terra e térmica está ligada à quantidade de calor. Abaixo da crosta terrestre existe uma rocha líquida, o magma. A crosta terrestre flutua nesse magma, que por vezes atinge a superfície através de um vulcão ou de uma fenda. Os vulcões, as fontes termais e as fumarolas são manifestações conhecidas desta fonte de energia. O calor da terra pode ser aproveitado para usos diretos, como o aquecimento de edifícios e estufas ou para a produção de eletricidade em centrais geotérmicas.

A usina geotérmica de Nesjavellir, Islândia.