FACULDADE ANHEMBI MORUMBI

CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA

FUNDAMENTO DE CÁLCULO NUMÉRICO

ENERGIA GEOTÉRMICA

Orientador:

II

ENERGIA GEOTÉRMICA

Trabalho realizado no quinto semestre visando apresentação –

Fundamentos de Cálculo Numérico – pela

Faculdade Anhembi Morumbi.

Examinador:

São Paulo, 2008

III

“A urgência de fazer sempre tem

me impressionado. Não basta saber,

precisamos aplicar. Não basta estar

disposto, precisamos fazer”.

Leonardo Da Vinci

São Paulo, 2008

IV

Dedicatória”

Dedicamos este trabalho

primeiramente a Deus pela

oportunidade em executá-lo e pelo

resultado obtido, aos nossos pais e

irmãos, pela paciência, incentivo e

reconhecimento, e aos nossos colegas

de trabalho e amigos desta faculdade

pelo apoio moral e com materiais

durante a execução deste percurso.

São Paulo, 2008

Sumário

I. RESUMO 6

II. ABSTRACT 6

1. INTRODUÇÃO 7

1.1. DEFINIÇÃO 7

1.2. HISTÓRICO 8

1.3. ORIGEM 9

2. GEOTERMIA E MEIO AMBIENTE 10

3. FONTES DE ENERGIA GEOTÉRMICA 11

3.1. ROCHA SECA QUENTE 11

3.2. ROCHA ÚMIDA QUENTE 11

3.3. VAPOR SECO 12

3.4. CICLO BINÁRIO 12

4. VANTAGENS 13

4.1. PRINCIPAIS VANTAGENS13

4.2. VANTAGENS NA APLICAÇÃO TECNOLÓGICA 13

4.3. VANTAGENS DA EXPLORAÇÃO DA ENERGIA GEOTÉRMICA

13

5. IMPACTOS E PROBLEMAS 14

5.1. POLUIÇÃO DO AR 14

5.2. POLUIÇÃO DA ÁGUA 15

5.3. ALUIMENTO DA TERRA 15

5.4. POLUIÇÃO SONORA 16

5.5. POLUIÇÃO TÉRMICA 16

5.6. EVENTOS CATASTRÓFICOS 16

5.7. QUADRO DE ASPECTOS POSITIVOS E NEGATIVOS 17

6. PERSPECTIVAS FUTURAS 18

7. CONCLUSÃO 19

8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 20

6

São Paulo, 2008

7

I. RESUMO

A energia geotérmica é uma fonte de energia alternativa, é uma das

mais benignas fontes de eletricidade, que é encontrada em regiões especiais

da superfície da terra , o rendimento que se consegue é ainda muito baixo, mas

está havendo pesquisas animadoras sobre o assunto, técnicas oferecem

possibilidades excitantes, mas há ainda muitos problemas que devem ser

considerados.

O alto custo das construções das usinas, da perfuração, e os possíveis

impactos inviabilizam ainda muitos projetos.

II. ABSTRACT

Geothermal Energy is a source of alternative energy, one of the most ad-

vantageous and it's found in some regions beneath the Earth's sur-

face. There have been motivating researches on this subject and, tech-

niques that offer exciting possibilities, but there are still too many problems to

be considered.

The high costs to build the geothermal power plant, perforation and the

possible impacts turn some projects not viable.

São Paulo, 2008

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1. INTRODUÇÃO

Energia Geotérmica, este trabalho tem por finalidade a apresentação da

utilização da energia geotérmica.

Serão apresentados aspectos como definição, origem, utilização,

impactos e problemas e perspectivas futuras.

1.1. DEFINIÇÃO

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 constitui-se 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.

São Paulo, 2008

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1.2. HISTÓRICO

A primeira tentativa de gerar eletricidade de fontes geotérmicas ocorreu

em 1904 em Larderello na região da Toscana, na Itália. Contudo, esforços para

produzir uma máquina para aproveitar tais fontes foram mal sucedidos pois as

máquinas utilizadas sofreram destruição devido a presença de substâncias

químicas contidas no vapor. Já em 1913, uma estação de 250 kW foi produzida

com sucesso e por volta da Segunda Guerra Mundial 100 MW estavam sendo

produzidos, mas a usina foi destruída na guerra.

O campo de gêiseres na Califórnia estava produzindo 500 MW de

eletricidade em 1970. A exploração desse campo foi dramática, pois em 1960

somente 12 MW eram produzidos e em 1963 somente 25 MW. México, Japão,

Filipinas, Quênia e Islândia também têm expandido a produção de eletricidade

por meio geotérmico.

Na Nova Zelândia o campo de gases de Wairakei, na Ilha do Norte, foi

desenvolvido por volta de 1950. Em 1964, 192 MW estavam sendo produzidos,

mas hoje em dia este campo está acabando.

Portugal conta com uma central geotérmica em funcionamento na Ilha

de São Miguel, Açores.

São Paulo, 2008

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1.3. ORIGEM

A água contida nos reservatórios subterrâneos pode aquecer ou mesmo

ferver quando em contato com o magma. Existem locais onde a água quente

sobe até a superfície terrestre, formando pequenos lagos. A água é utilizada

para aquecer prédios, casas, piscinas no inverno, e até para produzir

eletricidade. Em alguns lugares do planeta, existe tanto vapor e água quente

que é possível produzir energia elétrica. A temperatura da água quente pode

ser maior que 2000 C.

Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água

e vapor, 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. A diferença dessas centrais

elétricas é que não é necessário queimar um combustível para produzir

eletricidade. Após passar pela turbina, o vapor é conduzido para um tanque

onde será resfriado. A água que se forma será novamente canalizada para o

reservatório onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes.

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2. GEOTERMIA E MEIO AMBIENTE

Em virtude de sua natureza, a energia geotérmica é uma das mais

benignas fontes de eletricidade. Seu custo de obtenção é menor do que o de

combustíveis fósseis ou usinas nucleares, além de emissão de gases

poluentes como CO2 e SO2 ser praticamente nula.

Entretanto, é uma fonte não-renovável, pois o fluxo de calor do centro da

Terra é muito pequeno comparado com a taxa de extração requerida, o que

pode levar o campo geotérmico ao esgotamento. Isso ocorre, pois to tempo de

vida de um campo geotérmico é de décadas, sendo que a recuperação pode

demorar séculos.

Campos geotérmicos podem ser extensos e podem prover trabalho fixo

por muitos anos.

Em áreas onde há vulcões, como na Rússia e Itália, bombeia-se água da

superfície para as profundidades do subsolo em que existam câmaras

magmáticas (de onde sai a lava). Nestas câmaras a temperatura é muito alta e

por isto a água transforma-se em vapor, que retorna à superfície por pressão

através de tubulações, acionando turbinas em usinas geotérmicas situadas na

superfície terrestre. Em regiões onde há gêiseres (vapor d'água sob pressão

proveniente de camadas profundas da crosta terrestre, através de fissuras da

mesma, explodindo periodicamente na superfície terrestre), como na Islândia,

aproveita-se este vapor d'água para calefação doméstica.

A cada 32 metros de profundidade da crosta terrestre a temperatura

aumenta cerca de 1°C: é o grau geotérmico. Este aumento de temperatura

pode ser usado para a construção de usinas geotérmicas, como já foi

executado experimentalmente por cientistas norte-americanos do Laboratório

Nacional de Los Alamos. Como todos os recursos naturais não-renováveis, a

energia geotérmica também deve ser utilizada racionalmente.

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3. FONTES DE ENERGIA GEOTÉRMICA

3.1. ROCHA SECA QUENTE

É possível aquecer a água usando o calor do interior da Terra quando

não existem gêiseres, e as condições são favoráveis. Existem regiões de alto

fluxo de calor que possuem rochas a temperaturas altíssimas, porém essas

rochas são impermeáveis de tal modo que não há circulação de líquido para

transportar calor.

Foi através de um experimento realizado em Los Alamos, Califórnia, que

se encontrou uma forma de aproveitamento dessa característica, tornando

possível a execução deste tipo de usina.

Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35

metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que eles alcancem

uma camada de rocha quente. Em um dos poços foi injetada água, que se

aqueceu ao entrar em contato com a rocha, sendo expelida pelo outro poço,

onde havia uma usina geotérmica instalada. Esse, no entanto, é apenas um

projeto piloto e não gera energia para uso comercial. A previsão de duração

desse campo geotérmico é de dez anos.

3.2. ROCHA ÚMIDA QUENTE

Dessa mesma forma, é possível perfurar um poço para que ele alcance

uma "caldeira" naturalmente formada— um depósito de água aquecido pelo

calor terrestre. A água que está entre 130ºC e 330ºC é trazida à superfície

através do poço e via pressão se converte em vapor. O vapor logo move as

turbinas.A partir daí, energia elétrica é gerada como em todos os outros casos.

São Paulo, 2008

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3.3. VAPOR SECO

Em casos raríssimos pode ser encontrada a chamada fonte de "vapor

seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da

usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de

eletricidade. São encontradas fontes de vapor seco em Larderello, na Itália e

em Cerro Prieto, no México.

3.4. CICLO BINÁRIO

Algumas reservas que possuem fluidos (líquidos) a temperaturas

menores que 220ºC não possuem calor suficiente para produzir rapidamente

vapor e gerar energia. Utiliza-se, então, uma central binária onde a água

geotérmica transfere calor a um líquido que ferve a temperatura mais baixa que

a água, convertendo-o em vapor e movendo as hélices da turbina.

São Paulo, 2008

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4. VANTAGENS

4.1. PRINCIPAIS VANTAGENS

Exploração de minerais pelo método fluido

Túneis de alta velocidade como sistema de transporte

Túneis de abastecimento de água onde a canalização seria formada

pela própria rocha fundida

Construção de depósitos permanentes e finais para lixo nuclear

Ciência e Pesquisa. Programas continentais de sondagem profunda para

pesquisa de terremotos, vulcões, estratificações de matéria prima, etc.

4.2. VANTAGENS NA APLICAÇÃO TECNOLÓGICA

Não há produção de material escavado na perfuração, não havendo

formação de detritos, poeira, etc.

Não há contaminação ambiental. Tecnologia absolutamente limpa

O furo não precisa de revestimento, pois a própria rocha fundida reveste

o furo de forma definitiva com uma perfeita vedação, dispensando qualquer tipo

de manutenção futura.

Grande velocidade de perfuração atingindo duzentos metros por dia

Menor custo

4.3. VANTAGENS DA EXPLORAÇÃO DA ENERGIA GEOTÉRMICA

A energia geotérmica é inesgotável

Não é poluente

Não ocupa grandes áreas como, por exemplo, a hidroelétrica com suas

represas inutilizando grandes áreas com suas represas.

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As usinas geotérmicas serão construídas nos grandes centros,

dispensando as redes de transmissão de energia elétrica.

Mais segura e de muito mais fácil manutenção.

5. IMPACTOS E PROBLEMAS

Devido a natureza, a energia geotérmica é uma das mais benignas

fontes de eletricidade. Por causa dos altos índices de desperdícios que

ocorrem quando o fluido geotérmico é transmitido a longas distâncias através

de dutos, a energia deve ser posta em uso no, ou próximo do campo

geotérmico. Dessa maneira o impacto ambiental é sentido somente nos

arredores da fonte de energia.

Há, entretanto, certos problemas que devem ser enfrentados em geral, e

outros que são específicos da natureza do sítio que dependem das

características do geofluido e da aplicabilidade do local quanto às

regulamentações e regras de proteção ambiental.

5.1. POLUIÇÃO DO AR

Aproximadamente todos os fluxos geotérmicos contêm gases

dissolvidos, estes gases são liberados junto com o vapor de água. De um jeito

ou de outro estes gases acabam indo para a atmosfera. A descarga de ambos,

vapor de água e CO2 não são de séria significância na escala apropriada das

usinas geotérmicas. Por outro lado, o odor desagradável, a natureza corrosiva,

e as propriedades nocivas do H2S são causas que preocupam. Nos casos

onde a concentração de H2S é relativamente baixa, o cheiro de ovo podre do

gás causa náuseas; em concentrações mais altas pode causar sérios

problemas de saúde.

Um ser humano pode detectar concentrações de H2S em minutos, 0,030

ppm é o limiar normal. A 667 ppm, H2S pode causar a morte rapidamente por

paralisia respiratória, em alguns casos a concentração de H2S no local da

usina geotérmica pode ser da ordem de 1 ppm, na maioria dos casos, tais

São Paulo, 2008

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usinas são construídas perto de áreas de fontes quentes que naturalmente são

caracterizadas por odores sulfurosos.

Na Califórnia há uma lei que exige para que a concentração de H2S seja

inferior ou igual a 0,030 ppm, para tanto foram instalados sistemas de

abatimento para tratar os gases não condensados antes de serem descartados

para a atmosfera. Além disso o vapor condensado deve ser tratado se for

encontrado quantidades significativas de H2S no condensador.

5.2. POLUIÇÃO DA ÁGUA

Devido à natureza mineralizada dos fluidos geotérmicos e à exigência de

disposição de fluidos gastos, há a possibilidade da contaminação da água nas

proximidades da usina, não é incomum encontrarem arsênio, mercúrio ou boro

em pequenas, mas ambientalmente quantidades significantes de tais fluidos. A

descarga livre dos resíduos líquidos para a superfície pode resultar na

contaminação de rios, lagos, etc.

5.3. ALUIMENTO DA TERRA

Quando uma grande quantidade de fluido é retirada da terra, sempre há

a chance de ocorrer um abalo, nestes lugares deve ser injetada água.

O mais drástico exemplo de aluimento numa usina geotérmica está em

Wairakei, Nova Zelândia, a fenda máxima está em 7,6m e está crescendo a

uma taxa de 0,4m por ano, acredita-se que o problema pode ser atenuado com

reinjeção. É interessante notar que desde 1958, quando a primeira unidade

começou a operar em Wairakei, nenhuma reinjeção ocorreu, finalmente

aluimentos não deveriam ser um problema naqueles campos caracterizados

pelas formações fraturadas quanto ao mais em rochas duras com basalto.

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5.4. POLUIÇÃO SONORA

Os testes de perfuração das fontes são operações inerentemente

barulhentas, se estas operações puderem ser ouvidas pela população de uma

cidade, então métodos de abatimento devem ser empregados, silenciadores e

abafadores de vapor são simples e fáceis de serem instalados. Pelo estudo

cuidadoso da topografia natural, em muitos casos o caminho do som pode ser

bloqueado, sons associados à construção de estradas e a da casa das

máquinas são de duração deliberadamente curtas, mas a perfuração das

fontes e seu ruído geralmente continua, pois novas unidades são adicionadas e

novos poços são perfurados. Geralmente ocorre que as áreas geotérmicas são

distantes das áreas urbanas.

5.5. POLUIÇÃO TÉRMICA

Embora seja verdade que usinas geotérmicas rejeitam várias vezes mais

calor perdido por unidade de uso que outras usinas como a fóssil ou a nuclear,

esta quantidade é insignificante em escala absoluta. Além disso, a perda de

calor é para a atmosfera, desde que as torres de resfriamento sejam meios de

rejeição de calor gasto da usina.

5.6. EVENTOS CATASTRÓFICOS

Os mais severos danos ambientais seriam aqueles associados à ruptura

de pneumático, rupturas de tubulações, e falhas maiores de equipamentos, ou

indutância sísmica resultante da falta de prática com os equipamentos, rupturas

do pneumático ocorreram em vários lugares, incluindo Os Gêiseres, Waira-kei,

e Momotombo (Nicarágua), mas como apareceu em experiências de

perfuração, precauções mais seguras seriam o desenvolvimento de

equipamentos de prevenção.

A chance de ruptura do pneumático é muito maior nos estágios iniciais

do desenvolvimento do campo, pois menor é o conhecimento sobre a estrutura

do reservatório e das propriedades do geofluido, tirando o caso da indutância

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sísmica, alguns acreditam que a reinjeção sob pressão pode resultar numa

lubrificação das falhas sísmicas induzindo a um deslize ou terremoto,

entretanto, alguns reservatórios geotérmicos estão subpressurizados , e o

geofluido pode retornar para o reservatório sem a necessidade de bombas,

porém, pressões para reinjeção nos outros casos são moderadas, a 525 KPa.

Além disso, não há casos onde terremotos encadearam uma reinjeção de fluido

geotérmico.

5.7. QUADRO DE ASPECTOS POSITIVOS E NEGATIVOS

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6. PERSPECTIVAS FUTURAS

A energia geotérmica é uma fonte de energia alternativa que é

encontrada em locais especiais da superfície terrestre, que necessita de muita

pesquisa para melhor ser aproveitada, pois o rendimento que se consegue é

ainda muito baixo. O alto custo das construções das usinas, da perfuração, e

os possíveis impactos inviabilizam ainda muitos projetos.

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7. CONCLUSÃO

A energia geotérmica é uma fonte de energia alternativa que é

encontrada em regiões especiais da superfície da terra , que necessita de

muita pesquisa para melhor ser aproveitada, pois mesmo com os 94 anos que

se passaram da primeira tentativa de exploração, ocorrida em 1904 em

Lardarello na Toscana, o rendimento que se consegue é ainda muito baixo.

O alto custo de construção das usinas ,principalmente o da perfuração

inviabiliza muitos projetos.

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8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: Informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14724: Informação e documentação: trabalhos acadêmicos: apresentação. Rio de Janeiro, 2005.

PINTO, Antônio Germano Gomes, Artigo: Energia Geotérmica. Disponível em http://www.ambientebrasil.com.br/noticias/. Acesso em 30 de mar 2008

SEVERINO, Antônio Joaquim. Metodologia do trabalho científico. 23. ed.São Paulo: Corte, 2007.

http://www.fcmc.es.gov.br/download/energia_geotermica.pdf.

http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/geoter/geoter.html

http://www.dee.feis.unesp.br/usinaecoeletrica/geotermica/geo.htm

http://www.greensolutions.pt/geotermica.html

São Paulo, 2008