29
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL JASON LEVY MATEUS BARBOSA VICTOR SAID VICTÓRIA CABRAL TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: POR QUE INVESTIR NA DIVERSIDADE DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA? Salvador 2014

Relatório tipos de geração de energia

Embed Size (px)

Citation preview

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS

COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

JASON LEVY

MATEUS BARBOSA

VICTOR SAID

VICTÓRIA CABRAL

TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA:

POR QUE INVESTIR NA DIVERSIDADE DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA?

Salvador

2014

JASON LEVY

MATEUS BARBOSA

VICTOR SAID

VICTÓRIA CABRAL

TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA:

POR QUE INVESTIR NA DIVERSIDADE DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA?

Relatório solicitado pela professora Francismari Santos, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Eletrotécnica II, no Instituto Federal Bahia – IFBA, câmpus Salvador. Esta atividade foi realizada sob orientação da Prof.ª Francimari Santos.

Salvador

2014

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica ..................... 5

Figura 2 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica ..................... 7

Figura 3 – Usina Solar Térmica ................................................................................... 9

Figura 4 – Perfil esquemático dos aerogeradores ..................................................... 13

Figura 5 – Modelo Planetário do Átomo .................................................................... 15

Figura 6 – Esquema de uma Usina Nuclear .............................................................. 17

Figura 7 - Esquema de funcionamento de uma usina maremotriz ............................ 20

Figura 8 – Matriz energética Brasileira ...................................................................... 22

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4

2 USINA HIDRELÉTRICA ........................................................................................... 5

2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ..................................................................... 5

2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS ...................................................................... 6

3 USINA TERMELÉTRICA ......................................................................................... 7

4 USINA SOLAR ......................................................................................................... 9

4.1 USINA SOLAR TÉRMICA ..................................................................................... 9

4.2 USINA SOLAR FOTOVOLTAICA ........................................................................ 11

5 USINA EÓLICA ...................................................................................................... 12

5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ................................................................... 12

5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS .................................................................... 14

6 USINA NUCLEAR .................................................................................................. 15

6.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ................................................................... 15

6.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS .................................................................... 18

7 USINA MAREMOTRIZ ........................................................................................... 20

8 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA: POR QUE DIVERSIFICÁ-LA? ................ 22

9 MATRIZ ENERGÉTICA: COMPARAÇÃO ENTRE FONTES DE ENERGIA ......... 24

10 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 26

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 27

4

1 INTRODUÇÃO

Em contexto contemporâneo, a energia elétrica caracteriza-se como um dos

principais bens de produção da humanidade. Utilizando-a como fonte energética é

possível realizar uma ampla variedade de trabalho, que vão desde a aplicação para

alimentação de máquinas, até o abastecimento de residências. Possibilitando,

assim, a execução de um conjunto de tarefas presente no cotidiano, ou em meio

industrial.

Devido ao imenso crescimento das demandas por energia elétrica em todo o

mundo, surgiu a preocupação com a diversificação dos métodos de obtenção dessa

energia. Naquele período, a energia era proveniente de processos deveras

agressivos à natureza, como as usinas termelétricas. Além de utilizarem recursos

tidos como “esgotáveis”, como os combustíveis fósseis, as denominadas fontes não

renováveis de energia.

Tendo em vista a recorrente preocupação com a preservação das riquezas

naturais do planeta, bem como a garantia da continuação da obtenção desse tipo de

energia, surgiu dentro desse contexto, as fontes de energia alternativa. Estas

consistem em métodos de geração de energia elétrica, que utilizam como fonte

geradora recursos tidos como “inesgotáveis”, como a energia solar, e são

denominadas fontes renováveis de energia.

O objetivo desse trabalho é efetuar um estudo analítico e descritivo acerca

das principais fontes de energias renováveis e não renováveis da atualidade.

Pretende-se apresentar o princípio de funcionamento das energias provenientes de

usinas termelétricas, hidrelétricas, eólica, de energia solar, maremotriz, e nuclear,

apontando os prós e contras da utilização de cada uma dessas fontes energéticas.

Por fim, pretende-se realizar uma análise a respeito da necessidade de

diversificação da matriz energética brasileira, respondendo ao questionamento: “por

que investir na diversidade da matriz energética brasileira?”. A fim de possibilitar tal

análise, bem como a abordagem do tema proposto, utilizou-se como principal

metodologia a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando artigos científicos,

websites, relatórios e atlas acerca do balanço energético brasileiro e mundial.

5

2 USINA HIDRELÉTRICA

O advento da eletricidade tornou-se sinônimo de crescimento econômico, pois

a quantidade de energia que um determinado país pode produzir significará que o

mesmo poderá atender a grande demanda dos equipamentos, aumentando a

produção. Dentre as diversas formas de produzir a energia elétrica, encontra-se o

aproveitamento do fluxo da água e dos desníveis para formar a energia mecânica e,

por conseguinte, a energia elétrica.

2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

A produção de energia elétrica por recursos hídricos é dada pelas

transformações de energia da mesma, estas podem ser de forma natural ou artificial.

Porém a forma mais usual é a aplicação artificial com a implantação de grandes

barragens.

O método aplicado para a produção de energia através da água baseia-se no

mesmo aplicado na antiguidade na moagem de grãos, porém com a evolução

tecnológica, esta prática direcionou-se para a geração de eletricidade. As usinas as

hidroelétricas, ou hidrelétrica, são constituídas por barragem, reservatório, duto e

casa de força, como ilustra a Figura 1. Para que uma usina seja considerada de boa

eficiência deve-se levar em consideração suas principais variáveis como: altura de

queda d’água, vazão, potência instaladas entre outros.

Figura 1 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica

Fonte: ANEEL, 2008

6

A formação de energia elétrica ocorre pela transformação de energia

potencial gravitacional, esta pode ser definida como a interação de um determinado

corpo e a Terra. De forma análoga ao levantar um copo a uma determinada altura,

transfere-se a este corpo a energia potencial gravitacional. Da mesma forma pode-

se aplicar aos reservatórios, em que são contidas as águas dos rios, transferindo a

estes a energia potencial.

São construídas tubulações que irão direcionar o fluido para as turbinas, estes

são denominados dutos, à medida que este fluido passa irão se impor a resistência

causadas pelas turbinas e com isso movimenta-las. As turbinas, por sua vez, terão

movimentos diretamente relacionados com a velocidade com que o fluido move suas

pás. A oscilação gerada pela força da água será transferida as hastes, que estarão

em conexão com o imã e, como no experimento feito por Oersted, o campo

magnético irá criar uma corrente elétrica alternada, que será enviada para as linhas

de transmissões.

2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS

As usinas hidrelétricas são uma das formas mais limpas de produção de

energia elétrica, pois não liberam gases tóxicos, nem combustíveis fosseis, pois nela

utiliza-se a água, um bem comum, para gerar energia elétrica. Segundo a Eletrobrás

(2014) existem diversos benefícios gerados pelas usinas hidrelétricas dentre elas

podem se destacar a ajuda no combate a mudanças climáticas em que estudos têm

comprovado que o uso das usinas possibilita a diminuição do efeito estufa. Além

disso, promovem redução dos preços para o consumidor final, isso por uma energia

de caráter renovável e gerar uma boa relação de custo/benefício.

Entretanto a maior desvantagem enfrentada, e que acomete o cenário

brasileiro, é de caráter ambiental. Os locais ideais para a geração de eletricidade

através da água são necessárias grandes áreas territoriais para a criação de

reservatórios. Com isso ocorre a perda eminente das comunidades animais,

vegetais e sociais, pois as regiões onde será realizada a construção dos

reservatórios passará por um amplo, e irreversível, processo de alagamento.

7

3 USINA TERMELÉTRICA

Temperatura é por definição uma grandeza física que mede a intensidade da

energia cinética média contida no interior de uma amostra de determinada

substância. A temperatura na antiguidade era observada, porém não costumava ser

medida como nos tempos atuais, e um bom exemplo de como a temperatura era

somente observada sem utilidade prática é a fervura da água, que antes era

considerada algo misterioso e o vapor gerado algo sem utilidade alguma.

Foi-se dada alguma utilidade ao vapor quando Heron de Alexandria inventou

um brinquedo a vapor chamado Eolípila, porém o uso prático do vapor d’água

somente veio quando foram inventadas a máquina a vapor e a turbina a vapor,

sendo a segunda importantíssima para a geração de energia, pois é com a

transformação da energia contida no vapor que as usinas termelétricas trabalham.

Por mais sofisticadas que sejam as instalações das usinas termelétricas suas

partes principais sempre serão uma caldeira, uma turbina, um gerador e um

condensador, o esquema geral é ilustrado na Figura 2. A água é transformada em

vapor na caldeira normalmente pela queima de combustíveis fósseis ou em alguns

casos pela energia liberada pela fissão nuclear, e esse vapor, apesar de poder ser

utilizado na temperatura na qual sai da caldeira, é passado em um equipamento

chamado super aquecedor, que tem como função aumentar a temperatura para

aumentar assim a eficácia da geração de energia elétrica.

Figura 2 – Esquema geral de funcionamento de uma usina hidrelétrica

Fonte: GEOCITIES, 2014.

8

Em seguida o vapor é direcionado através das linhas para a turbina a vapor,

que com sua rotação aciona o gerador que com a movimentação de imãs

ocasionará a geração de corrente elétrica alternada. O vapor ao sair da turbina já

estará quase retornando ao estado líquido, então este é direcionado a um

condensador que promove essa transformação e essa água depois de tratada pode

ser reutilizada.

As usinas termoelétricas eram de grande utilidade logo no princípio do uso da

energia elétrica, pois como elas são capazes de produzir energia elétrica sem muitos

gastos o que era bastante interessante na época, porém essas usinas causavam um

impacto ambiental muito grande, pois com a queima de combustíveis fosseis

aumenta a emissão de gases que aumentarão o efeito estufa e a chuva ácida.

No Brasil as usinas termoelétricas eram utilizadas em larga escala, todavia

houve a substituição delas por usinas hidrelétricas, contudo essa substituição não

representa grandes avanços rumo a uma energia mais sustentável, pois toda usina

hidrelétrica deve ter em suas imediações uma usina termelétrica para casos em que

o nível da barragem esteja de tal forma baixo que seja impossível a geração de

energia pela maneira usual, então essa substituição no Brasil ao invés de diminuir os

impactos ambientais causados por uma termoelétrica, somente os somaram com os

impactos de uma hidroelétrica, pois mesmo que sejam em ocasiões especiais as

termelétricas anexadas às hidrelétricas serão utilizadas em algum tempo durante a

atividade das usinas hidrelétricas, ou durante todo o tempo, como é o caso da usina

hidrelétrica da Balbina, no Amazonas, que para aumentar a produção energética e

diminuir os impactos causados pela não remoção das árvores antes de alagar a área

utiliza o metano dissolvido na água que supre a Balbina para alimentar a

termoelétrica das imediações, que permanece sempre ligada, para suprir as

demandas energéticas do estado.

9

4 USINA SOLAR

As usinas de energia solar são aquelas destinadas à produção de energia

elétrica utilizando a energia proveniente da radiação solar. Este tipo de usina possui

limitação quanto ao período de funcionamento e local de instalação, pois necessitam

estar em áreas com alta incidência de luz solar, e funcionam apenas durante o

período diurno, com queda brusca na produção nos períodos de nascente e poente

do sol. Atualmente, existem dois tipos de usinas solar: térmica, que utiliza do calor

para gerar energia elétrica; e fotovoltaica, que utiliza da luminosidade para gerar

energia elétrica.

4.1 USINA SOLAR TÉRMICA

A usina solar térmica, ilustrada na Figura 3, utiliza do calor proveniente da

radiação do Sol para a geração de energia elétrica. Esse método consiste no

direcionamento da energia calorífica da luz a um único ponto, no qual ocorrerá à

fusão dos sais utilizados para realizar a evaporação da água, com consequente

movimentação da turbina e geração de energia elétrica.

Figura 3 – Usina Solar Térmica

Fonte: LUZARDO et al, 2014.

10

Como ilustrado na Figura 3, esse tipo de usina é instalado em áreas em que

há grande incidência de raios solares. Nessas áreas são construídas grandes

estruturas compostas por diversos espelhos móveis, heliostatos. Esses espelhos

variam a angulação do seu eixo a fim de aumentar o índice de reflexão da luz no

topo da torre, especificamente no receptor, e são construídos de modo a ocupar

uma extensa área territorial.

Com a forte incidência da radiação solar no receptor, há um aumento da

temperatura do mesmo, tendo em vista que esse está recebendo um

“bombardeamento de luz”. Proveniente da associação entre os diversos feixes

ocorre à formação de um raio luminoso uniforme com elevada temperatura. Toda

essa energia na forma de calor é armazenada na torre receptora, que é responsável

pelo aquecimento dos sais utilizados na evaporação de água.

O papel dos sais é armazenar o calor da fonte luminosa. A temperatura no

receptor é elevada ao ponto de fundir os sais na forma de retículos cristalinos, que

foram bombeados até o topo da torre em solução aquosa, ou similar. Após o

processo de fusão os sais são armazenados em tanques com isolamento térmico,

que irá retardar o resfriamento da solução salina. Em geral, os sais utilizados nesse

processo possuem baixo índice de condução térmica, portanto, retendo o calor por

longos períodos.

Após a etapa do armazenamento, à medida que surgem demandas de

geração elétrica, a solução aquecida é movida por meio de tubulações aos reatores

de aquecimento ou trocadores de calor do tipo aquecedor. Nesses equipamentos os

sais serão o fluido aquecedor, e a água o fluido aquecido. O objetivo desse processo

é efetuar o aquecimento da água até a sua mudança de estado, torna-a vapor.

Todavia, o vapor almejado possui algumas características especiais, como baixa

humidade e alta velocidade, denominado vapor saturado ou supersaturado.

Este vapor é encaminhado às turbinas, fazendo com que as mesmas entrem

em movimento. A turbina conecta-se ao gerador por meio da haste constituída de

material magnético, que está inserido dentro do gerador. Por fim, havendo esse

movimento, ocorre a geração de energia elétrica, que será encaminhada para um

transformador aumentador, responsável pelo aumento da tensão, e sua distribuição.

11

4.2 USINA SOLAR FOTOVOLTAICA

As usinas solares fotovoltaicas são aquelas que utilizam da energia luminosa

proveniente do Sol para realizar a geração de energia elétrica. O processo consiste

na utilização de placas solares, do tipo fotovoltaicas, dispostas em grandes planícies

onde há alta incidência de radiação solar. De acordo com LUZARDO (et al, 2014),

este método de geração elétrica possui baixo rendimento. Em média, cerca de 18%

de toda a luminosidade incidida converte-se em eletricidade.

O princípio de funcionamento desse tipo de usina baseia-se na massificação

das placas fotovoltaicas. Estas placas são construídas de material semicondutor, e

são fabricadas através do método de dopagem, possuindo organização estrutural P-

N. As placas são construídas com silício dopado. O processo de dopagem consiste

na adição de um elemento diferente na cadeia cristalina de determinada material.

O silício em sua forma cristalina é puro, e, portanto, não é um isolante

elétrico. Com o processo de dopagem, retira-se um dos átomos do cristal,

substituindo-o por um elemento distinto. De acordo com Nascimento (2004, p. 12),

em geral utilizam-se: ou fósforo, que confere “um material com elétrons livres ou

materiais com portadores de carga negativa (silício tipo N)”; ou Boro, que se

caracteriza pela “falta de elétrons ou material com cargas positivas livres (silício tipo

P)”.

As placas são constituídas por duplas camadas de silício P, espessa, e N,

menos espessa. Ambas as camadas quando entram em contato desencadeiam a

formação de um campo elétrico. o qual. Os elétrons da estrutura de silício, ao

receber radiação solar, chocam-se com os fótons da luz, recebendo energia dos

mesmos, tornando-se condutores. A geração de energia elétrica utilizando

tecnologia fotovoltaica necessita de condutores ou locais de armazenamento externo

que direcionem o fluxo elétrico criado pelas mesmas.

Deste modo, a prática de geração de energia elétrica em larga escala

utilizando as usinas solares fotovoltaicas consiste na construção de grandes parques

solares, que ocupam extensa área territorial. A ocupação de vasto território é uma

medida que visa aumentar a produção de eletricidade, remediando assim o baixo

rendimento desse método.

12

5 USINA EÓLICA

A crise do petróleo trouxe como uma de suas consequências o investimentos

em novas possibilidades de gerar a energia elétrica de forma renovável, ou seja, a

utilização das forças presentes na natureza sendo estas de produção continua e

que, do ponto de vista da humanidade, possui fabricação supostamente renovável.

Dentro deste conceito, encontra-se a energia eólica, em que há aproveitamento das

forças dos ventos para a geração de eletricidade usando uma transformação da

energia cinética em elétrica através dos aerogeradores.

5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

O princípio de funcionamento da energia eólica baseia-se na utilização de

aerogeradores, no formato de cata-vento, que terão por objetivo apresentar

resistência às massas de ar e estas irão reagir a esta oposição com uma força,

energia cinética, e consequentemente com o giro dos rotores seus elementos

internos, turbinas e gerador, possibilitarão a produção de eletricidade.

Os aerogeradores podem ser divididos em dois tipos: vertical e horizontal,

esta primeira é pouco utilizada no âmbito comercial por apresentar diversas

variações na obtenção de energia, tornando-os destinado a aplicações de pequeno

porte, já o horizontal é mais comumente conhecido como cata-ventos pela sua

similar aparência e sua qualidade de produção; utilizado para fins comerciais, é o

mais idealizado, sendo mais aplicada nas usinas eólicas.

As turbinas de rotor com eixo horizontal são acopladas, com o eixo e o

gerador, em uma torre, que pode possuir 60 metros de altura. Suas turbinas devem

ser postas em direção aos ventos e, em geral, sua caixa de engrenagem transforma,

que terá por função adequar as rotações das pás para o gerador, ou seja, será um

agente mediador dos mesmos. Sua constituição pode variar entre três, ou duas pás,

porém a primeira é mais aplicada devido à estabilidade que oferece, já que com

duas pás à menor estabilidade.

Apesar da facilidade de manutenção apresentada nos rotores com eixos

verticais, pelo fato de que sua caixa de engrenagem encontra-se próximo ao chão.

13

Sua eficiência não apresenta dados satisfatórios para o uso comercial em massa,

uma vez que apresentam baixa velocidade de rotações, exigindo torques elevados

comprometendo a qualidade da eletricidade gerada, logo são aplicada a pequenos

portes. Em geral as turbinas mais aplicadas ao meio industrial e comercial, pode ser,

simplificadamente, se dividido em três partes como demonstra a Figura 4.

Figura 4 – Perfil esquemático dos aerogeradores

Fonte: AERO-MINI, 2014

As pás, como relatado anteriormente, vão oferecer resistência a força dos

ventos forçando-os a girar as mesmas, juntamente a ela é girado o eixo que irá

transmitir para a caixa de engrenagem o torque realizado e esta, através do

multiplicador irá aumentar a velocidade de rotação que é exigida para o gerador, que

consiste em um fio enrolado no núcleo de ferro dentro de um campo magnético e

que por sua vez irá gerar a corrente elétrica, ou seja, a medida que houver rotação

transmitida pelo eixo e adequada pelo multiplicador, haverá então variação do fluxo

magnético gerando corrente alternada.

14

5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS

A energia eólica é caracterizada por não emitir gases poluentes, ou seja,

causa pouco dano ambiental em relação as termoelétricas, além de possuírem

instalações mais baratas se comparadas com a energia solar. Os parques eólicos

são compatíveis com outras construções no terreno, pois suas turbinas ocupam

pouco espaço horizontal, já que são localizados em alturas de 80 metros, logo pode-

se aplicar outras atividades como a agricultura. Além destes, esta fonte concorre

como uma das principais matrizes que irá diversificar o mundo, por sua larga escala

de produção.

Porém o maior problema enfrentado para este tipo de energia é a densidade

do ar, que está diretamente relacionado com os aspectos geográficos, ou seja,

algumas regiões não são capazes de promover altas velocidade dos ventos,

tornando a instalação ineficiente. Para que isto não ocorra, são montados grupos de

especialistas para analisar a qualidade dos ventos e verificar qual pode ser o

aerogerador ideal, pois situações climáticas podem impedir a qualidade de produção

dos equipamentos, fazendo com que seja insatisfatório para o comercio e a

indústria.

15

6 USINA NUCLEAR

A energia nuclear é uma fonte de geração de energia elétrica com muitas

vantagens na atualidade, especialmente no que se refere às questões relacionadas

ao aquecimento global, apesar de possuir, também, desvantagens relevantes.

Malefícios que vem fazendo com que essa forma de energia tenha várias unidades

desativadas ao longo do mundo, já que é uma fonte que manipula materiais

radioativos. No Brasil, a energia nuclear é uma fonte de geração com pouca

expressão na matriz energética do país, existindo apenas duas usinas em operação

e uma em construção.

6.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

A energia nuclear está intimamente relacionada com a estrutura da matéria:

os átomos, formados pelas partículas elementares: elétrons, prótons e nêutrons,

como ilustrado na Figura 5. Os elétrons possuem carga negativa, os prótons, carga

positiva e os nêutrons não possuem carga.

Figura 5 – Modelo Planetário do Átomo

Fonte: CÉSAR, 2010.

De acordo com o modelo planetário do átomo, os prótons e nêutrons estão

fortemente unidos em uma região central do átomo denominada núcleo. Enquanto

que os elétrons orbitam de forma eliptica em torno do núcleo. Experiências

empíricas ao longo da história mostraram que cargas iguais se repelem e cargas de

sinais opostos se atraem.

16

Como o núcleo do átomo é formado por mais de um próton, eles estabelecem

uma força de repulsão mútua, que é contrabalanceada por outra força de natureza

não elétrica e não gravitacional: a força nuclear (também chamada de energia

nuclear), a qual impede que o núcleo do átomo se desintegre e faz com o mesmo

concentre grande quantidade de energia.

As usinas nucleares irão utilizar exatamente essa energia contida no núcleo

de um átomo pesado, átomo que é formado por muitos prótons e nêutrons, para

produzir energia elétrica. Essa última será obtida através do processo de fissão

nuclear, no qual o núcleo do átomo é atingido por um nêutron, o que faz com que ele

seja dividido em dois ou mais pedaços e libere energia, principalmente em forma de

calor e radiação. Quando um núcleo de um átomo é quebrado, os nêutrons, que são

liberados juntamente com o calor e a radiação, são utilizados para dividir o núcleo de

outros átomos, formando uma reação em cadeia. Outro processo para a obtenção

da energia proveniente do núcleo é o de fusão nuclear, que é muito mais complexo e

por isso não é utilizado nas usinas.

Os elementos químicos mais utilizados para esse processo são o Urânio, o

Plutônio e o Tório, que apresentam características favoráveis para a produção de

energia. No caso do metal Urânio, antes de ser realmente utilizado, ele passa por

um processo de enriquecimento, porque a maior parte do Urânio presente na

natureza é “pobre” em termos energéticos e por isso não serviria para o processo de

produção de energia. O Urânio encontrado na naturaza com pouca energia é

denominado de Urânio U-238.

Apenas 1% de todo Urânio encontrado na natureza é “rico” energeticamente

para poder ser utilizado nas usinas, é o chamado Urânio U-235. Dessa forma, o

metal “pobre” é enriquecido para que apresente uma porcentagem de 2 a 3% de

Urânio U-235 ampliada artificialmente, o que já é suficiente para a produção de

energia.

O processo de produção de energia a partir da fissão do núcleo do átomo de

Urânio é subdividido em duas etapas ou circuitos mais um sistema de refrigeração,

como representado na Figura 6.

17

Figura 6 – Esquema de uma Usina Nuclear

Fonte: ELETROBRAS, 2010.

A fissão do núcleo do átomo de Urânio ocorre no reator durante o circuito

primário. O lançamento de um nêutron no núcleo do átomo faz com que ele se

desintegre liderando grande quantidade de energia em forma de calor e radiação. A

água presente no reator é então, aquecida a temperaturas de até 320ºC sem ser

evaporada. Isso ocorre porque o circuito primário está pressurizado a uma pressão

cerca de 157 vezes maior do que a atmosférica. Essa água aquecida segue por

meio de tubulações para um trocador de calor.

No circuito secundário, a água presente no trocador, estrutura reprsentada

pela cor azul na Figura 6 e localizada dentro do vaso de contenção, é aquecida pela

água proveniente do reator, sem que elas entrem em contato, já que a água do

circuito primário entrou em contato com a radiação. A água presente no trocador de

calor é aquecida e vaporizada. O vapor formado, é utilizado para acionar um turbina,

que converte o velocidade do jato de vapor, em energia mecânica rotacional. Em

seguida, esse movimento rotacional da turbina é transferido para o gerador que irá

converter esse movimento em energia elétrica.

O vapor, depois de passar pela turbina, é resfriado pelo sistema de água de

refrigeração, que geralmente utiliza água do mar, e volta para o trocador de calor,

onde é novamente vaporizado, fechando o ciclo do circuito secundário. De forma

similar a água aquecida a 320ºC do reator, após permutar calor com a água do

trocador de calor, volta para o reator, para ser usada como água de refrigeração e

ser novamente aquecida.

18

A função do reator no processo é funcionar como uma central térmica, na

qual o calor fornecido à água vem do urânio e não de um combustível fóssil como o

carvão por exemplo. Isso é uma vantagem da energia nuclear, pois a fissão do

Urânio libera muito mais energia do que a queima do carvão. Para se ter uma ideia,

10 g de Urânio liberam energia equivalente a queima de 1.200 kg de carvão ou 700

kg de óleo combustível. As vantagens e desvantagens da energia nuclear será o

tópico a seguir.

6.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS

As usinas nucleares são uma forma limpa de produção de energia que tem

quase tudo para se tornar a energia do futuro, já que não necessitam de

combustíveis fosseis e, portanto, não liberam dióxido de carbono e outros gases

tóxicos que contribuem para a aceleração do processo de aquecimento global. O

combustível das usinas nucleares é o urânio, que existe em reserva muito grande no

planeta e não libera gases poluentes quando utilizado.

A energia nuclear também não depende de fatores climáticos como a chuva,

luz do sol e vento, para produzir energia tal como a energia eólica necessita dos

ventos, a solar da luz do sol e a hidrelétrica, da chuva para encher os reservatórios.

Além disso, uma usina de energia nuclear não necessita de uma área muito grande

para construir suas instalações, o que acaba por se tornar uma vantagem muito

grande em relação às hidrelétricas, por exemplo, em que é necessário intervir no

curso de rios e utilizar uma área muito grande.

Porém a desvantagem relevante dessa forma de energia é o alto custo e

principalmente o lixo nuclear, que nem sempre tem um correto destino. Além disso,

acidentes que podem ocorrerem na Usina, sejam por erros humanos ou provocados

por catástrofes naturais como terremotos e tsunamis, acabam sempre por

contaminar com radiação quilômetros de terras situados nas redondezas da usina,

provocando como consequência a evacuação de cidades inteiras que estejam

próximas a Usina e surgimento de doenças graves como o Câncer nas pessoas que

entrarem em contato por muito tempo com a radiação.

19

Então, mesmo com os poderosos sistemas de segurança presentes nas

Usinas Nucleares, a possibilidade de ocorrem acidentes não pode ser ignorada. E

quando acontecem, as consequências podem ser implacavelmente destrutíveis. Por

esse motivo, muitos países têm desativado usinas nucleares e outros têm pensado

bastante antes de implantar elas em seu território.

Os Acidentes de Fukushima no Japão, Chernobyl na Ucrânia e Three Miles

Islands nos Estados Unidos, são exemplos de catástrofes em Usinas nucleares, que

terminaram com cidades sendo evacuadas rapidamente por causa da contaminação

e servem como receio para as autoridades antes de se instalar Usinas Nucleares.

No Brasil, onde apenas 2,70% da matriz energética provem da energia nuclear com

as Usinas de Angra I e II no Rio de Janeiro, sendo que a terceira usina, Angra III,

ainda está em construção, nunca ocorreram acidentes do tipo.

20

7 USINA MAREMOTRIZ

O fenômeno das marés, que é observado desde os tempos antigos, foi

explicado pela primeira vez pelo físico Isaac Newton que utilizou a teoria da

gravitação universal que explica “as forças só existem aos pares; se um corpo atrai

outro é também atraído pelo outro”. No caso das marés quem exerce são o sol e a

lua, todavia a lua por ser mais próxima da terra exerce maior influência.

As marés ocorrem quando a Lua atinge determinada posição, atraindo a água

do mar para cima. Quando isso acontece ocorrem duas correntes, uma vertical

ascendente e uma corrente horizontal sendo que os sentidos das correntes se

invertem no momento que a lua sai da posição de atração.

Percebendo a energia contida no fenômeno das marés foi instalada em La

Rançe na França em 1966 a primeira usina maremotriz, que era similar ao modelo

atualmente utilizado, o esquema geral é ilustrado na Figura 7. O modelo utilizado era

similar ao atual no qual é construída uma barragem com passagens para que a água

do mar pudesse passar e no interior dessas passagens é instalada uma turbina que

permita o fluxo unidirecional, no caso da usina de geração simples, ou bidirecional

no caso da usina de geração dupla. Quando a maré sobe ou esvazia ocorre a

fluência da água pela passagem movimentando a turbina, e esse movimento será

transmitido a um gerador, transformando assim a energia dos mares em energia

elétrica.

Figura 7 - Esquema de funcionamento de uma usina maremotriz

Fonte: APODI, 2014.

21

Uma usina maremotriz pode ser instalada tanto na costa quanto em alto mar,

contudo as usinas maremotrizes não devem ser fontes de dificuldades de

navegação a qualquer tipo de embarcação e devem ser também fortes o suficiente

para suportarem tempestades sem sofrer danos, porém diversos fatores são levados

em consideração na hora de se construir uma usina maremotriz, dentre eles a

amplitude das marés e esse é um fator limitante para a instalação das usinas, pois a

produção de energia já se limita aos momentos nos quais ocorrem mudanças nas

marés e essa limitação se acentua ainda mais se essa usina for instalada num lugar

onde há pouca amplitude entre as marés alta e baixa, e poucos lugares no mundo

possuem tal amplitude entre as marés que proporcionem uma geração de energia

eficiente, sendo a maioria desses lugares localizados na Europa. No Brasil

atualmente existe uma usina maremotriz em porto do Pecém, Ceará e projetos de

implantar uma usina maremotriz na barragem do Bacanga, no Maranhão, pois lá é

onde ocorrem as maiores variações entre as marés do país. Usinas maremotrizes

também podem ser instaladas em usinas hidrelétricas, sendo uma boa alternativa

para aumentar a geração de energia, pois há o movimento de massas d’água que

podem movimentar uma turbina para aumentar a produção de uma usina

hidrelétrica.

22

8 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA: POR QUE DIVERSIFICÁ-LA?

Na matriz de geração de energia elétrica brasileira, representada na Figura 8,

fica evidente a grande concentração de um único tipo de fonte energética: 76,9% da

matriz elétrica do país pertencem às hidroelétricas. Em seguida, com 7,9%, estão as

termoelétricas que utilizam combustíveis fósseis, como gás natural, carvão e óleo

combustível e por fim, 2,7% e 0,9% correspondem à energia nuclear e eólica

respectivamente. A dependência de um único tipo de energia não é algo exclusivo

do Brasil. Em países como a França, por exemplo, a dependência de um único tipo

de energia se mostra bastante acentuada: aproximadamente 80% da matriz elétrica

francesa provem da energia nuclear.

Figura 8 – Matriz energética Brasileira

(a) (b)

Fonte: EPE, 2013.

A dependência de um único tipo de energia não algo bom para um país,

principalmente quando se fala em longo prazo. No caso do Brasil, a dependência

das hidrelétricas tem se mostrado um sério problema nos últimos anos e

principalmente nos últimos meses de 2014, apesar de ter diminuido sua

porcentagem na matriz, do ano de 2011 para 2012. Em contrapartida a porcentagem

da energia proviniente dos derivados do petróleo e gás natural aumentaram, como

ilustrado na Figura 8. Isso se deve aos problemas de seca que o país tem

enfrentado nos últimos anos.

Com a falta de chuvas ou a irregularidade das mesmas, os reservatórios vêm

atingindo níveis cada vez mais baixos, o que impossibilita a geração de energia.

Diante disso o governo se vê obrigado a colocar em operação as usinas

termoelétricas, que são mais caras e poluem mais, como uma forma de resolver o

problema temporariamente. Esse é um problema que pode se tornar cada vez mais

23

frequente se o país não diversificar a matriz energética. No caso das hidrelétricas, o

problema ocorre por causa da escassez da água, e nas outras fontes de energia,

isso também pode ocorrer. Em algumas décadas os combustíveis fósseis se

tornaram cada vez mais escassos e as termoelétricas entraram em declínio. Da

forma similar, isso também pode acontecer com todas as fontes energéticas

temporáriamente ou permanentemente. A forma mais eficiente para resolver esse

problema está justamente na diversificação da matriz energética.

Além disso, a predominância de uma única forma de matriz acentua

consideravelmente as desvantagens daquela matriz. Voltando ao exemplo da

França, por exemplo, onde há muitas usinas nucleares, os riscos de acidentes

nucleares, sejam por causa de erro humano, erro do computador, ou acidentes

naturais, se tornam muito maiores.

Uma alternativa eficaz para o Brasil é aumentar os investimentos na energia

eólica. Essa fonte de energia apresenta o preço de megawatt-hora muito próximo ao

da hidroelétrica e abaixo do preço das termelétricas. O país apresenta um potencial

de geração de energia eólica muito grande e muito pouco é utilizado atualmente. A

efeito de comparação, a usina de Itaipu, por exemplo, gera 14 mil megawatts,

enquanto, que o potencial de geração de eneria eólica não istalado no Brasil é de

cerca de 140 mil megawatt, de acordo com Jorge Villar Alé, coordenador do Centro

de Energia Eólica da PUC-SP. O potêncial de energia eólica instalado é de apenas

550 megawatt, o que é muito inferior ao que pode ser instalado no país.

A energia solar, apesar da localização e clima do Brasil, não é uma boa

alternativa de investimento, principalmente por causa do seu alto custo, que chega a

ter seu megawatt oito vezes mais caro do que o magawatt das hidrelétricas. Além

disso, a energia solar não deve ser utlizada como fonte base da matriz energética de

qualquer país, porque não é uma energia constante, já que durante a noite não há

produção. A energia solar deve apenas funcionar como complementar a matriz

energética.

Dessa forma, o ideal é que os países diversifiquem suas matrizes energéticas

para que não terminem em uma crise de energia, devido a escassez da matéria

prima que alimenta sua principal fonte de energia. Formas de energia, como a eólica

e solar, são menos utilizadas atualmente, mas têm tudo para se tornarem grandes

matrizes energéticas nos próximos anos.

24

9 MATRIZ ENERGÉTICA: COMPARAÇÃO ENTRE FONTES DE ENERGIA

A diversidade da matriz energética em um país, em contexto contemporâneo,

mostra-se fundamental para o desenvolvimento do mesmo. Todavia, a diversificação

sem a análise cabível acerca das riquesas naturais de cada nação, analisando os

prós e contras de cada fonte energética mostra-se como uma ação perigosa. Tendo

em vista esses fatores efetuar-se-á uma análise comparativa a sobre as principais

característias de alguns métodos de geração de energia elétrica apresentados nesse

trabalho.

Salienta-se que devido à limitações na revisão em literatura, não foi possível

obter os dados acerca de todas as fontes estudadas. De modo que nesse estudo

será realizada a comparação entre a energia nuclear, termelétrica (que foi

construída a partir dos dados dos combustíveis petróleo, carvão e gás natural),

hidrelétrica e eólica, que, de acordo com Cesarreti (2010), são os mais presentes no

Brasil.

A primeira comparação diz respeito ao número de elos de cada um dos

processos de geração de energia elétrica. Salienta-se que elos, por definição,

consiste no grau de complexidade para a obtenção da energia requisita, inclui,

dentre outros aspectos, problemas ambientais, complexidade de operação, consumo

energético, transporte, etc. A Tabela 1 apresenta o número de elos de algumas

fontes energéticas.

Tabela 1 – Número total de elos de alguns tipos de usinas de energia elétrica

Cadeia Energética Elétrica Nº de Elos

Nuclear 17

Termelétrica 8-10

Hidrelétrica 5

Eólica 3

Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010.

A Tabela 2 apresenta os principais impactos causados por cada uma das

quatro fonte energéticas estudadas. O quadro relaciona impactos ambientais e sócio

ambientais das usinas nuclear, termelétrica, eólica e hidrelétrica.

25

Tabela 2 – Quadro comparativo dos principais impactos gerados pelas diversas usinas

Tipo de Usina Impactos socioambientais

Nuclear • Resíduos de nível baixo e médio de radioatividade; • Resíduos de nível alto de radioatividade que requerem disposição por 10.000 anos; • Desativação das instalações nucleares após término da vida útil;

Termelétrica • Poluição do ar;

- Emissão de monóxido de carbono (CO); - Emissão de matéria particulada suspensa (metais pesados); - Destruição da camada de ozônio; • Aquecimento global via efeito estufa; - Emissão de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4); • Chuva ácida; - Emissão de SO2 formando ácido sulfúrico na atmosfera - Emissão de NOx formando ácido nítrico na atmosfera • Perturbação acústica na fauna (marinha ou terrestre) pela exploração sísmica • Alteração da qualidade do solo e da água • Modificação dos padrões de uso e ocupação do solo • Remanejamento involuntário de comunidades locais para construção de dutos • Geração de apreensão na população local pela possibilidade de acidentes

Hidrelétrica • Formação de grandes represas

• Realocação das populações • Aquecimento global via efeito estufa - Emissão de gás metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2)

Eólica • Ruído causado pelos aerogeradores

• Colisão de pássaros • Impacto visual • Certa limitação do uso do espaço ocupado

Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010.

Analisando a Tabela 2 é possível constatar que dentre os tipos de usina a que

possui o maior número de impactos é a termelétrica, que gera danos ao ar, a

camada de ozônio, aumento do aquecimento global, dentre outras consequências.

Enquanto a usina com maior impacto à longo prazo é a nuclear, pois necessita de

tratamento e armazenamento por mais de 10 mil anos. Alterações em âmbito social

e local são principalmente acarretadas pelas usinas eólicas e hidrelétricas. Um dos

principais impactos gerados por essas usinas, em geral, diz respeito a emissão de

CO2, a Tabela 3 relaciona a emissão desse gás poluente na natureza.

Tabela 3 – Coeficiente de intensidade de emissões totais de CO2 por fonte de energia elétrica

Usina de energia Coeficiente de emissão de CO2 (kg/MWh)

Nuclear 58,2 Termelétrica 661,7 - 1.019,5 Hidrelétrica 120,6

Eólica 37,6

Fonte: Adaptações de Cesaretti, 2010.

26

10 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A geração de energia é, portanto um sinônimo de desenvolvimento

econômico, pois quanto mais esta for gerada há maiores disponibilidades do uso de

equipamentos que necessitam deste para funcionarem. Logo, a maneira de criar

diversas formas para a geração de eletricidade é um dos principais objetivos do

país.

Entretanto, a principal fonte utilizada era através dos combustíveis fosseis

com as termoelétricas, porém com a crise da mesma houve investimento na

pesquisa de novas formas menos poluentes de geração de energia surgindo assim

às energias eólica, nuclear, solar, hidráulica, maremotriz entre outras. Sendo que

estas devem se adequar a situação geográfica de cada país, logo nem todas podem

apresentar eficiência esperada se não estiverem de inseridas num meio que não

propicie uma grande eficácia, um exemplo claro é a eólica, que deve haver grandes

massas gasosas em movimento para ter eficácia desejada, assim o mesmo se aplica

as outras. Em contrapartida o Brasil, apresenta a possibilidade de se aplicar quase

todas as fontes renováveis, por sua riqueza e variabilidade de climas de um território

para o outro.

A fonte energética principal do Brasil são as hidrelétricas tendo Itaipu como a

maior geradora de energia hidráulica do mundo. Porém a medida que determinado

país se torna dependente de apenas uma fonte energética maior ficam as

possibilidades dessa fonte energética se esgotar tal fonte e tal esgotamento pode

trazer uma quebra econômica, tal a que atualmente acontece no estado de São

Paulo, sendo assim torna-se necessário que se utilize das possíveis novas fontes

energéticas como já ocorrem em diversos países Inglaterra, França e outros

desenvolvidos que cada mais se aproveita das façanhas da natureza para criar a

eletricidade seja através do calor, água, ventos, a energia dos átomos ou até mesmo

as forças dos mares.

27

REFERÊNCIAS

AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Diretoria-geral: Kelman, Jerson. Atlas da Energia Elétrica do Brasil. 3ª ed. Brasília, 2008.

BENUZZI, J. História da Energia Nuclear. Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/historia.pdf>. Acesso em: 25 mai. 2014.

CESARETTI, M. A. Análise comparativa entre fontes de geração elétrica segundo critérios socioambientais e econômicos. Santo André, São Paulo: Universidade Federal do ABC, 2010. Dissertação de mestrado. Disponível em: <http://goo.gl/MH9B4k>. Acesso em: 01 jun. 2014.

ELETROBRAS. Energia nuclear. Disponível em: <http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/Espa%C3%A7odoConhecimento/Pesquisaescolar/EnergiaNuclear.aspx>. Acesso em: 25 mai. 2014.

ELETROBRAS. Fontes Alternativas de Energia. Disponível em: <http://www.eletrobras.com>. Acesso em: 26 mai. 2014.

ENERGIA nuclear. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/geografia/energia-nuclear.htm>. Acesso em: 25 mai. 2014.

ENERGIA nuclear. Disponível em: <http://www.suapesquisa.com/cienciastecnologia/energia_nuclear.htm>. Acesso em: Acesso em: 25 mai. 2014.

FILHO, Wilson Pereira Barbosa. Impactos Ambientais em Usinas Eólicas. Itajubá: AGRENDER GD, 2013.

LUZARDO, A. M. D. A.; GAVA, C.; SCHERER, G. S.; SILVA, L. J. H. Usinas solares. Disponível em: <http://goo.gl/XWyrMV>. Acesso em: 28 mai. 2014.

MORELLI, Francis de S. Panorama da Energia Eólica do Brasil. Universidade de São Paulo. São Carlos, SP, 2012

MOURA, E. Energia Nuclear. Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf>. Acesso em: 25 mai. 2014.

28

NASCIMENTO, C. A. Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica. Lavras, Minas Gerais: Universidade Federal de Lavras, 2004. Monografia de pós-graduação. Disponível em: <http://www.solenerg.com.br/files/monografia_cassio.pdf>. Acesso em: 29 mai. 2014.

O QUE é o Urânio enriquecido? Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-o-uranio-enriquecido>. Acesso em: 25 mai. 2014.

POMILIO, J.A. Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Disponível em: < http://www.dsce.fee.unicamp.br/>. Acesso em: 01 jun. 2014

RAMALHO, J. et al. Os fundamentos da Física 3: Eletricidade, Introdução a física moderna, Análise Dimensional. Vol. 3. 9ª Edição. São Paulo: Editora Moderna, 2007.

SACHS, A. Brasil precisa diversificar sua matriz energética, apontam especialistas. Disponível em: <http://noticias.uol.com.br/cotidiano/2009/11/14/ult5772u6144.jhtm>. Acesso em: 31 mai. 2014.

SANTANA, Edvaldo A; Org. Atlas da Energia Elétrica do Brasil. Brasília, 2008.

USINA Hidrelétrica. Disponível em: <http://www.bv.sp.gov.br>. Acesso em: 27 mai. 2014.

WELLE, Deutsche. Para evitar crise, Brasil precisa diversificar sua matriz energética. Disponível em: <http://www.cartacapital.com.br/economia/para-evitar-crise-brasil-precisa-diversificar-matriz-energetica-3395.html>. Acesso em: 31 mai. 2014.