ENERGIAS RENOVÁVEIS EM AMBIENTES RURAIS: … · Utilizando-se uma básica definição, sistema fotovoltaico é um conjunto integrado de módulos fotovoltaicos e outros componentes

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - UFESCENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIA EENGENHARIAS – CCAE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURALCONSTRUÇOES RURAIS

ENERGIAS RENOVÁVEIS EM AMBIENTES

RURAIS: ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Afonso Vizula

Fabiano de Oliveira

Julcinara Baptista

Mariana Cruz

Marlete Littig

Ramon Machado

Alegre

Junho 2018

INTRODUÇÃO

As fontes de energia renováveis são aquelas que possuem um ciclo de renovaçãoem escala de tempo humana, ou seja, estão sempre disponíveis para utilização enão se esgotam, sendo a principal delas a energia solar proveniente da luz do sol,além das fontes eólica, biomassa, hidríca.

USO DE ENERGIA NO MUNDO

Oferta primária de energia no mundo (2009)

Fonte: IEA, 2011

ENERGIAS RENOVÁVEIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTAL

• O desenvolvimento sustentável possui três componentes principais:desenvolvimento econômico, a equidade social e a proteção ambiental (ONU,2010).

• A partir desse conceito, verifica-se que, para a obtenção do desenvolvimentosustentável, é essencial a utilização de fontes renováveis de energia, já que asfontes fósseis não possuem os requisitos necessários para se enquadraremnessa definição.

VANTAGENS• Podem ser consideradas inesgotáveis comparadas aos combustíveis fósseis;

• Menor impacto ambiental;

• Oferecem menos riscos do que a energia nuclear;

• Podem favorecer novos postos de emprego;

• Permitem reduzir as emissões de CO2;

• Reduzem a dependência energética dos combustíveis fósseis;

• Conferem autonomia energética;

• Conduzem à investigação em novas tecnologias.

DESVANTAGENS• Custos elevados de investimento e infra-estruturas apropriadas;

• Impactos visuais negativos no meio ambiente;

• Energia da Biomassa – o método de combustão da biomassa não é limpo;

• Energia Hidroelétrica – na implantação pode causar pode causar impactos noambiente;

• Energia Solar – os custos iniciais muito elevados;

• Energia das Ondas – depende muito da localização;

• Energia Eólica – o custo inicial elevado.

PRINCIPAIS FONTES DE ENERGIA

• Radiação Solar;

• Energia Hidrelétrica;

• Energia Eólica;

• Energia de biomassa.

• Radiação proveniente do sol, constitui a principal força motriz para processostérmicos, dinâmicos e químicos do planeta.

→ Energia solar térmica

• Utilização imediata da energia

térmica do sol, ou para a

geração de eletricidade

por meio de um processo

termodinâmico .

ENERGIA SOLAR

→ Energia solar fotovoltaica

• Conversão direta de energia luminosa em eletricidade, através do efeitofotovoltaico;

• A célula fotovoltaica é o componente

básico do sistema, constituída

de material semicondutor que

realiza a conversão;

• Também utiliza a componente difusa.

ENERGIA SOLAR

• Força hidráulica.

• Proveniente da energia da água dos rios que flui de elevações mais altas paramais baixas.

• Fatores limitantes: vazão e queda.

ENERGIA HIDRELÉTRICA

Energia potencial

Energia cinética

Energia mecânica

Energia elétrica

• Os tipos de aproveitamento são usinas com reservatório de acumulação eusinas a fio d’água.

ENERGIA HIDRELÉTRICA

• Provém da energia cinética do ar em movimento.

• Captada por turbinas, cujo rotor está ligado a um gerador elétrico.

• Podem ser instalados em terra (onshore) ou sobre o mar (offshore).

ENERGIA EÓLICA

• Geração de calor ou eletricidade por meio de matéria de origem orgânica.

• Queima conjunta; digestão anaeróbica e gaseificação.

ENERGIA DE BIOMASSA

→ Matérias primas:

• Resíduos agrícolas;

• Dejetos de animais;

• Resíduos das indústrias florestais, de papel e celulose e alimentícia;

• Resíduos urbanos (lixo);

• Culturas energéticas

ENERGIA DE BIOMASSA

→ Energias fotovoltaicas

Utilizando-se uma básica definição, sistema fotovoltaico é um conjuntointegrado de módulos fotovoltaicos e outros componentes que são projetados paraconverter a energia solar (luminosidade) em eletricidade.

FORMAS DE UTILIZAÇÃO


• Posicionamento em relação ao hemisfério norte-sul

• Ângulo de inclinação >10º (latitude)

oPerdas NE ou NO variam entre 3% e 8%.

oL ou W variam entre 12% e 20%.




QT Equipamentoconsumo Horas de

uso/dia

Consumo

W por diaUnitário Total

10Lâmpadas

externas8 80 12 960

1 Televisor 120 120 6 7201 Geladeira 220 220 12 26401 Chuveiro 3500 3500 0.66 2310

1Lavador de

Roupa1500 1500 0.5 750

1 Micro-ondas 1300 1300 0.33 433.33

1 Ventilador 100 100 8 8001 Freezer 400 400 10 4000

TOTAL = 12.613,33 Watts = 378 Kwh/mês

FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energias fotovoltaicas

FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energias fotovoltaicas

PR

AM

SP

GO

FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energia solar Térmica

❖ Aquecimento de Água

• A energia do sol é captada porcoletores solares geralmenteinstalados nos telhados. Olíquido que circula no coletor éaquecido pelo sol e transfere ocalor para a água dentro de umreservatório térmico.

• Movimento por termofissão.

→ Energia solar Térmica


FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energia solar Térmica

FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energia Hidrelétrica

Primeira roda d’água foram utilizadas por gregos e romanos para girarmaquinários.

Roda d’água Turbina Hidráulica Peltron alterina


❖ Usinas hidrelétricas com reservatório de acumulação:

• A água é represada na barragem que armazena energia potencial;• Quando se abre as comportas da usina o escoamento da água pelos dutos faz a

turbina girar:Energia potencial da água energia cinética;

• Cada turbina é acoplada a um gerador:Energia mecânica energia elétrica;

• Esta conversão é dada pela força eletromotriz induzida;• Em razão da FEM (força eletromotriz) será estabelecida uma corrente elétrica

entre dois pontos.



❖ Usina hidrelétrica de Itaipu:

• Maior usina hidrelétrica do Brasil;

• Gera aproximadamente 14 MWh;

• Gasto de cerca de 16 bilhões dedólares.


❖ Usinas hidrelétricas a fio d’água:

• São aquelas que não dispõem de reservatório de água, ou o têm em dimensõesmenores do que poderiam ter;

• Utiliza-se o fluxo de água do rio para movimentar as turbinas ativando oprocesso de geração de energia elétrica.

→ Energia Hidrelétrica

❖ Usina hidrelétrica de Santo

Antônio:

• Quarta maior hidrelétrica doBrasil;

• Gera aproximadamente 3 564MWh.


→ Energia Hidrelétrica


FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energia Eólica

❖Moinho de vento ou aerobomba:

• O moinho começa a bombear água a uma velocidade do vento de 4 m/seg;

• Rotação ( biela e tirantes) Aciona bomba de pistão;

• Impulsão da água para um reservatório;

• Quando o nível da água fica abaixo do ideal, será bombeada água + ar;

• Elevação da água acima da altura da torre com a utilização de válvulas antiretorno;

• Travas automáticas para ventos excessivos.

FORMAS DE UTILIZAÇÃOAerobomba

Depósito deágua

Bomba de água

→ Energia Eólica


❖ Aerogerador:

• Aerogerador + conjunto motobomba+ Reservatório;

• Acionamento do conjunto motobomba inversor de frequência e baterias;

• Escolha do local: conhecer a velocidade do vento.

→ Energia Eólica

FORMAS DE UTILIZAÇÃOEspecificações técnicas do aerogerador

Número de pás 3

Diâmetro de pás 3,1 m

Velocidade inicial do vento 3,0 m s-1

Velocidade nominal do vento 9,0 m s-1

Velocidade funcional do vento 3-25 m s-1

Altura da torre 8 m

Potência nominal 2000 W

Potência máxima 1000 W

Modelo H3.1-1KW da marca HUMMER

→ Energia Eólica


Componentes do sistema hidráulico de bombeamento

→ Energia Eólica


Inversor de frequência e banco de baterias do sistema eólico-elétrico

→ Energia Eólica

→ Energia de Biomassa

❖ Biodigestor: Consiste em um recipiente fechado, construído de alvenaria,concreto ou outros materiais, onde é depositado o material a serdecomposto. O processo de decomposição da matéria orgânica resulta naprodução de biogás e biofertilizante.



❖ Aspectos importantes:

• Finalidade;

Por que construir?

O que construir?

• Necessidade;

Para quê construir?


❖Processo da Biodigestão:

• Curral ou depósito de esterco;

• Caixa ou tonel de entrada, onde o dejeto é misturado com água antes de descerpara o biodigestor;

• Tubulação de entrada, permitindo a entrada da mistura ao interior dobiodigestor;



❖Processo da Biodigestão:

• Biodigestor, propriamente dito, revestido e coberto;

• Tubulação de saída de biofertilizante, levando o material líquido já fermentadoà caixa de saída;

• Tubulação de saída de biogás, canalizando-o para o fogão, motor, etc.;

• Caixa de saída, onde é armazenado o biofertilizante até ser aplicado noscultivos.





❖Modelo canadense ou de fluxo tubular:

• Tanque cavado no solo revestido internamente e recoberto com manta de PVCimpermeável. Possui tubo de entrada para substrato e de saída para biogás ebiofertilizante;

• Modelo do tipo horizontal, apresentando uma caixa de carga, com a larguramaior que a profundidade;

• Durante a produção de biogás, a cúpula do biodigestor infla porque é feita dematerial plástico maleável;

• O biogás pode ser enviado para um gasômetro separado, permitindo maiorcontrole;

• Fácil construção, porém a lona que recobre pode perfurar.



❖Modelo canadense ou de fluxo tubular



Capacidade do

Biodigestor (m³)

Custo total por modelo de Biodigestor (R$)

Indiano Chinês Canadense20 5.065,70 4.052,50 2.104,00

40 7.099,30 5.679,40 3.162,00

60 9.440,20 7.552,10 4.188,0080 11.470,90 9.176,70 5.214,00

100 12.486,30 10.801,40 6.240,00120 14.178,60 12.426,00 7.266,00

Bovino Suínos

Quantidade de

animais

Capacidade

do biodigestor(m³)

Capacidade

do biodigestor(m³)

20 21 6,44

40 42 12,88

60 63 19,32

80 84 25,76

100 105 32,20

Fonte: CALZA et al., 2016.



❖ Etapas de Implantação:

1° etapa: Caracterização do local e dos elementos quantitativos

• Próximo à criação, onde serão utilizados os dejetos para a produção de biogás e

biofertilizantes, mas não ao lado da criação;

• Respeitar uma distância mínima de 15 metros de distância da criação;

• Local exposto ao sol;

• Distante de recursos hídricos;

• Fazer o levantamento dos resíduos sólidos liberados.




2° etapa: Dimensionamento e Caracterização do Biodigestor

• Elaboração e o dimensionamento teórico do biodigestor;

• Levar em conta:

◦ Material a ser utilizado;

◦ Volume diário ocupado pela mistura;

◦ Tempo de Detenção Hidráulica (TDH);

◦ Determinação das dimensões e dos volumes para os tanques1 e 2.

FORMAS DE UTILIZAÇÃO→ Energia de Biomassa

Características dos tanques:

• Elevada Resistência química e a solventes;

• Atóxico;

• Alta resistência as diversas solicitações de tensão;

• Boa resistência a variações de temperatura(acima de 15°C);

• Baixa absorção de umidade e estabilidade térmica;

• Impermeável; baixa reatividade.




Como Implantar

• Em um curral de gado leiteiro com 30 animais;

• Biodigestor deve ter uma capacidade de 42 m³

para atender esses animais, portanto, o mesmo deve

ter as seguintes dimensões;

•Tubulação em acordo, com projeto (100mm).

• Custo = 3.162, 00




Como Implantar




3° etapa: Construção

• Mão-de-obra especializada;

• Fazer os tanques;✓Apropriado para cada condição do solicitante;✓Em biodigestores tubulares, a largura deve ser maior que a profundidade;

• Alvenaria e o Revestimento dos tanques;

• Cobertura e o encanamento;✓Lonas mais grossas✓Coloração branca voltada para cima.







• Sistema fechado de produção

de energia e utilização da

mesma na unidade produtiva.


• Fogão a lenha => processo de combustão;

• Serpentinas => a partir da combustão faz com que aqueça canos de cobre e apartir da regulação de temperatura, obtém-se água quente, substituindo, porexemplo, chuveiros elétricos, torneiras com água quente;

• Carvão vegetal no preparo de churrasco, obtido também a partir da combustãoda madeira;


❖ Outras fontes alternativas:



❖ Outras fontes alternativas:


• Custo => R$ 500 a 700.


❖ Outras fontesalternativas:

• O aumento da utilização das energias renováveis é uma tendência para ospróximos anos, principalmente pelo fato de resultarem em menor impacto aoambiente quando comparadas com as fontes tradicionais;

• Apesar de serem inesgotáveis, são limitadas em termos da quantidade deacordo com o momento, visto que as condições climáticas utilizadas comofontes são variáveis de local em local;

• Necessidade de investimento inicial e mão de obra tecnificada paraimplantação, logo, no início o produtor terá esses pontos para resolver, não teráenergia prontamente disponível como a que já está acostumado a utilizar.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

BUENO, J. E.; SOUZA, T.M. Bombeamento de água e geração de energia utilizando cata-vento. Encontro EnergiaMeio Rural, 2004.

CALZA, L. F. et al. Avaliação dos custos de implantação de biodigestores e da energia produzida pelobiogás. Engenharia Agrícola, v. 35, n. 6, 2016.

CANALES, F. A.; BELUCO, A.; MENDES, C. A. B. Usinas hidrelétricas reversíveis no Brasil e no mundo: aplicação eperspectivas. Revista Eletrônica em gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v. 19, n. 2, p. 1230-1249, 2015.

COSTA, R. C. da; PRATES, C.P. T. O papel das fontes renováveis de energia no desenvolvimento do setor energético ebarreiras à sua penetração no mercado. 2005.

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FARIAS, Diego Fernandes; JUNIOR, Mario Augusto. Estudo para implementação de Biodigestor de Resíduos Sólidosem Comunidade de Baixa Renda.

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REFERÊNCIAS

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LUSTOSA, G. N. ; MEDEIROS, I. H. B. Proposta de um biodigestor anaeróbio modificado para produção debiogás e biofertilizante a partir de resíduos sólidos orgânicos. 72p,2014.

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REFERÊNCIAS

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REFERÊNCIAS

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