segunda-feira, 12 de dezembro de 2011

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

INTRODUÇÃO
O aumento no consumo de combustíveis fósseis e consequente dependência da indústria trouxeram a tona os riscos da dependência de fontes esgotáveis de energia, em uma sociedade em que a demanda energética só cresce. Com o início da discussão sobre métodos de obtenção de energia menos agressivos ao meio ambiente e a necessidade de haver independência de fontes limitadas de energia, intensificou-se a procura por fontes de energias alternativas.
Em vista desta nova situação energética global surgem a abertura para campos de pesquisa e aplicação para profissionais com instrução qualificada às áreas emergentes. O profissional da área da engenharia mecânica atua no desenvolvimento de novas formas de conversão de energia, além de planejamento e gestão de sistemas energéticos alternativos. Sua atuação está diretamente envolvida com a atuação do engenheiro elétrico que atua também nos estudos de geração e planejamento, além da transmissão e distribuição de energia elétrica.


PERSPECTIVAS PARA O PROFISSIONAL DE ENGENHÁRIA

O mercado de energias alternativas para o profissional brasileiro se mostra promissor com estimativas para alcançar até 40% da matriz energética do país, enquanto a média mundial não chega a 14%. No entanto, 90% da energia elétrica do país é gerada em grandes usinas hidrelétricas apesar de seus grandes danos ambientais.
Em âmbito mundial, estimativas do uso de energia indicam que a demanda de energia, em meados do século XXI, pode ultrapassar consideravelmente a energia fornecida por fontes convencionais. O déficit em energia se torna maior depois do esgotamento dos combustíveis fósseis, que deve se dar nos próximos 100 anos.
O cenário de referência da World Energy Outlook (WEO 2000) projeta que a demanda por energia alternativa renovável crescerá 2,3% ao ano, ao longo das duas próximas décadas, portanto, acima do crescimento médio da demanda total de energia. Excetuando-se a hidroelétrica, a demanda total crescerá em torno de 2,8% ao ano. Entretanto, esta projeção não prevê intervenções de externalidades no mercado, como políticas públicas ou pressões sociais.
Figura 1 – Gráfico demonstrativo de carência de potência energética em função dos anos futuros [1]

Dentre as diversas possibilidades de exploração e desenvolvimento para a produção de energia, ganham foco e interesse aquelas dignas de maior eficiência e menor custo, tais tipos energéticos recebem maiores privilégios nas áreas de pesquisa e maior atuação e aproveitamento.


ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

O aproveitamento da energia do sol é uma das formas de energia alternativa mais antiga. No Brasil, a quantidade de sol abundante durante quase todo o ano estimula o uso deste recurso. O que explica o fato da energia solar se encontrar como sendo a fonte alternativa de energia mais pesquisada por pesquisadores brasileiros da área da engenharia mecânica.
Existem duas formas de utilizar a energia solar: ativa e passiva. O método ativo se baseia em transformar os raios solares em outras formas de energia térmica ou elétrica, enquanto o passivo é utilizado para o aquecimento de diversas estruturas, através de concepções e estratégias construtivas. Para todas as formas de utilização é necessário um sistema de captação e coleta de raios solares que deverão ser convertidos em calor.                                                                  


Figura 2 – Sistema de captação solar de usina solar térmica [2]

O calor recolhido nos coletores pode destinar-se a satisfazer numerosas necessidade, desde a obtenção de água quente para o consumo doméstico ou industrial, o aquecimento de casas, escolas, fábricas, até a climatização de piscinas.
Outra das mais promissoras aplicações do calor solar será a refrigeração durante as épocas mais quentes, precisamente quando há mais insolação. De fato, para obter um resfriamento é necessário um "foco quente", o qual pode perfeitamente ter sua origem em um coletor solar. Em países árabes já funcionam condicionadores de ar que utilizam eficazmente a energia solar.
Aplicações agrícolas são muito amplas. Plantas de purificação ou dessalinização de água , secadores e estufas podem funcionar com uma grande economia de energia, ou mesmo sem nenhum consumo de energia.


ENERGÍA GEOTÉRMICA

A energia geotérmica consiste no aproveitamento do calor terrestre para geração de energia. 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. A fim de simular uma fenda são feitos furos na crosta terrestre que chegam até o magma, em alguns casos são encontrados reservatórios de água subterrânea e a partir destes se aproveita o vapor resultante para movimentar as turbinas do gerador. Em outros casos não é possível encontrar aqüíferos, nestes casos é possível injetar água sob alta pressão a fim de gerar vapores. Estes são drenados até a superfície por meio de tubos e canos apropriados. Através desses tubos o vapor é conduzido até a central elétrica geotérmica. Tal como uma central elétrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina como uma ventoinha. A energia mecânica da turbina é transformada em energia elétrica através de um gerador.
Figura 3 – Usina geotérmica por injeção [3]
Figura 4 – Usina geotérmica por aqüífero [4]

Embora o aproveitamento do vapor se dê de maneira fácil, todo o fluxo de água geotérmico contém gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados para a central geotérmica juntamente com o vapor de água. A natureza corrosiva, e as propriedades nocivas do ácido sulfídrico (H2S) levam a rápida degradação dos tubos por onde passa o vapor e inclusive das turbinas e outros equipamentos essenciais para a captação do vapor. Por apresentar um enorme potencial energético há uma grande frente de pesquisa, principalmente na Europa, para corrigir problemas e providenciar novas idéias e soluções. Dos projetos para aumento na eficiência do processo há o desenvolvimento de uma broca que trabalha aplicando um grande fluxo de calor contra a rocha sendo capaz de fundir a rocha ao tempo em que atravessa a crosta, acelerando o processo de perfuração e impermeabilizando o furo criado. A rocha se torna impermeável e altamente resistente a corrosão gerada pelos gases e pressão do vapor. O processo barateia o custo de perfuração e torna desnecessário o uso de tubulações para revestimento do furo.


ENERGÍA EÓLICA

Desde a era moderna que a capacidade de utilizar os vento como energia já havia sido notada, moinhos de farinha eram construídos com cata-ventos no topo para se aproveitar o potencial energético do vento como energia mecânica, porém a conversão do potencial eólico em energia elétrica é um pouco mais recente. No final do século XIX quando o uso da energia elétrica começou a crescer rapidamente no planeta, as primeiras turbinas eólicas foram aplicadas na conversão da energia dos ventos diretamente em energia elétrica. Entretanto, foi a partir de experiências de estímulo ao mercado realizado na Califórnia na década de 1980 e na Dinamarca e Alemanha na década de 1990 que o aproveitamento da energia eólica como alternativa de geração de energia elétrica atingiu escala d0e contribuição mais significativa ao sistema elétrico, em termos de geração, eficiência e competitividade.
Uma turbina eólica capta uma parte da energia cinética do vento que passa através da área varrida pelo rotor e a transforma em energia mecânica de rotação. O eixo do rotor acionando o gerador elétrico transforma uma parte desta energia mecânica de rotação em energia elétrica. O planejamento e manutenção de aparatos como esses são de responsabilidade de profissionais da área de engenharia mecânica.

O principal problema ambiental inicial, tal como o choque de pássaros nas pás, praticamente desapareceu com as turbinas de grande porte, com menores velocidades angulares dos rotores. Por ser uma fonte de energia quase inofensiva ao meio ambiente, os estudos de impacto ambiental são bem simplificados e mais rápidos, que os requeridos por fontes tradicionais de geração de energia elétrica.Os especialistas explicam que no Brasil há ventos favoráveis para a ampliação dos instrumentos eólicos, isto é, ventos com velocidade média de 6 m/s ou superior. Mesmo assim o potencial nacional para a energia eólica é muito limitado, devido a ocupação das regiões favoráveis a ventos fortes, por outras construções, a implantação de turbinas eólicas se torna de pequeno impacto no quadro geral do país.
Figura 5 – Mapa de potencial eólico do Brasil em 1998 segundo COPEL [5]


BIOMASSA

A biomassa é definida como “a fração biodegradável de produtos e resíduos da agricultura incluindo substâncias vegetais e animais, da floresta e das indústrias conexas, bem como a fração biodegradável dos resíduos industriais e urbanos”. Como por exemplo: biodiesel, etanol, metanol e o gás metano.
Além da produção de álcool, queima em fornos, caldeiras e outros usos não-comerciais, a biomassa apresenta grande potencial no setor de geração de energia elétrica. No entanto, devido à alta quantidade de recursos naturais necessários para a geração de energia em grandes escalas, o espaço ocupado na geração de tais recursos acaba sendo muito grande, por conta do volume ocupado pelas plantações. Dessa forma poucos países dispõem de condições de ampliar a área de agricultura energética, sem comprometer outros usos da terra, como alimentação, lazer, moradia, vias de transporte, reservas de proteção ambiental, etc. Já no Brasil, a imensa superfície do território nacional, quase toda localizada em regiões tropicais e chuvosas, oferece excelentes condições para a produção e o uso energético da biomassa em larga escala.
Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por intermédio da combustão em fornos, caldeiras, etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos socioambientais, tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão mais eficientes, como a gaseificação e a pirólise, também sendo comum a co-geração em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética.
A biomassa aparenta ser a maior e a mais sustentável fonte de energia alternativa renovável, sendo suas expectativas e números, referentes as possibilidades e aplicações futuras.


CÉLULAS COMBUSTÍVEIS

As palavras 'células combustíveis' ganharam maior importância ao longo dos anos, embora esta tecnologia ainda não esteja bem estabelecida e tampouco já tenha um mercado garantido, a tecnologia despertou interesse e curiosidade por seus conceitos simples.
Energia fácil e barata, sem gerar poluição, capaz de movimentar veículos e produzir eletricidade para uso comercial e residencial. A célula a combustível se baseia no uso de hidrogênio como combustível para se obter energia em grande quantidade, além disso, o produto da queima do hidrogênio é a água, que não polui de forma alguma. Embora o conhecimento do princípio de funcionamento da célula a combustível seja bastante antigo, o entendimento de como ela realmente funciona é relativamente recente. Enquanto uma bateria comum leva o seu combustível e o seu comburente no interior, na célula a combustível há um gás combustível, como o hidrogênio e um comburente, oxigênio. Estes são bombeados para o interior da célula e a combinação de ambos com os eletrodos especiais resultam em eletricidade, que pode ser usada para alimentar um circuito externo. As vantagens desse sistema são inúmeras, mas a principal está na possibilidade do fornecimento de energia na forma constante e ilimitada.


REFERÊNCIAS:

Imagens:
[1]-http://www.revistaanalytica.com.br/ed_anteriores/32/Art05.pdf
[2]-http://www.gstriatum.com/energiasolar/blog/imagenes/energia-solar-termica.jpg
[3]-http://www.passeiweb.com/saiba_mais/voce_sabia/imagens/energia_eolica_brasil.gif
[4]-http://www.grupoescolar.com/a/b/09E5E.jpeg
[5]-https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjwvVo3oWdnXKFMJRM1ZGIm-eakVkfAppCWA5hU6rgFEwBqUcdKS0W2DPOE83zAPvbzw8vFrxiKwZQr3L8wxVcUXtAWR4fzB3BCkodgi_w691xCoblF_PfrInoPmFe4AtHSe8aPx5ooK2M/s1600/energia+geot%C3%A9rmica.gif

Energía Solar Térmica:
-http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/esolar/esolar.html
-http://www.cartacapital.com.br/carta-verde/a-expansao-da-energia-termica-solar/

Energía Geotérmica:
-http://www.explicatorium.com/TEMAS-Energia-geotermica.php
-http://www.fcmc.es.gov.br/download/energia_geotermica.pdf

Energía Eólica:
-http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues-br.pdf
-http://www.aerotower.x10hosting.com/aerotower/eer/Introdu%E7%E3o%20%E0%20Energia%20E%F3lica,%20Rui%20Castro%20IST.pdf

Biomassa
-http://www.biodieselbr.com/energia/alternativa/energia-renovavel.htm

Célula Combustível
-http://www.scielo.br/pdf/qn/v23n4/2655.pdf


AUTORES:

O presente artigo foi elaborado no âmbito da disciplina "ENM 168980 Introdução a Engenharia Mecânica" da Universidade de Brasília, pelos seguintes alunos.

  • Lucas Andres Madsen Pinke, 11/0148894
  • Matheus Augusto Correia, 11/0132785
  • Filipe Eduardo Maglio Colus, 11/0148304
  • Leonardo Macedo, 11/0149998
  • Pedro Nascimento Silveira, 11/0136268

Um comentário:

  1. Caro Lucas,

    A formatação do seu artigo precisa ser melhorada em alguns aspectos. Por favor, atenda as exigencias de formatação divulgadas antes.
    Sds,

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