FACULDADES KENNEDY
CURSO SUPERIOR EM ENGENHARIA CIVIL
TRABALHO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS
ENERGIA RENOVÁVEL
TRABALHO APRESENTADO COMO PRÉ-REQUISITO AVALIATIVO DA DISCIPLINA DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS MINISTRADA PELO PROFESSOR JOSE ALEXANDRE.
ALUNOS: Eliane Martins Gonçalves Viana
Filipe Woods Gandos Canoza da Conceição
José Sipriano Teixeira
Marco Antonio Miranda da Costa
1. INTRODUÇÃO
A abordagem deste estudo denominado ENERGIA RENOVÁVEL demonstra alternativas para sua produção, pré-existentes, através das fontes de recursos renováveis e tecnologias de extração, minimizando assim , o impacto no meio ambiente.
2. OBJETIVO
Produzir Energia Elétrica, Térmica, Mecânica, dentre outras, partindo-se da premissa de uma Fonte Renovável, tendo como base a tecnologia aplicada, para propiciar alicerces basilares e, como resultado final manter uma sociedade auto-sustentável.
3. CONCEITO DE ENERGIA RENOVÁVEL
Segundo o dicionário Aurélio Séc. XXI: Energia: [Do gr. enérgeia, pelo lat. energia.]
5-Fís. Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. A energia pode ter várias formas (calorífica, cinética, elétrica, eletromagnética, mecânica, potencial, química, radiante), transformáveis umas nas outras, e cada uma capaz de provocar fenômenos bem determinados e característicos nos sistemas físicos. Em todas as transformações de energia há completa conservação dela, i.e., a energia não pode ser criada, mas apenas transformada (primeiro princípio da termodinâmica). A massa de um corpo pode-se transformar em energia, e a energia sob forma radiante pode transformar-se em um corpúsculo com massa [símb.: E].
Renovar: [Do lat. renovare.]
3-Recomeçar, reiniciar, restaurar; 9-Pôr novamente em vigor; restaurar, restabelecer; 13-Fazer de novo; repetir, reiterar; 17-Rejuvenescer, juvenescer, revigorar-se:
Ao conceituar a Energia Renovável é preciso identificar, qual o recurso explorado, a tecnologia aplicada na extração e a fabricação da energia.
Um recurso é identificado como Fonte Renovável, quando possuir uma capacidade de renovação constante e natural, por exemplo, podemos citar: As Marés dos Oceanos, Os Raios Solares, O Deslocamento dos Ventos, dentre outros.
A tecnologia utilizada na extração da energia é de grande relevância, podendo anular o poder de regeneração da fonte durante o processo, com produção de resíduos, desclassificando-a como renovável. Em alguns casos, poderá acontecer o reaproveitado da energia, em determinada fase do processo.
4. HISTÓRIA
A Energia Renovável ao longo dos séculos foi utilizada de várias formas: Dos moinhos de água e vento, que proporcionavam força para moer milho; Nas velas em barcos, que utilizavam da força dos ventos para locomoção; A fabricação de casas com madeira, que assim propiciavam um ambiente térmico adequado.
No século XXI, a sociedade mundial percebeu na pele, com o aumento da temperatura global, que ao escolher por uma fonte de energia baseada em combustíveis fosseis, havíamos proporcionado conseqüências desastrosas ao meio ambiente, além de ter criado uma dependência econômica aos países que detém bacias petrolíferas.
Supostamente, a sociedade que utilizar unicamente, de fontes de recursos fósseis para extração de energia estará condenada, ao retrocesso tecnológico, pois é iminente a extinção das bacias petrolíferas no Planeta.
Vários personagens da sociedade mundial, de diversas áreas, visionaram os acontecimentos da atualidade e propuseram em construir equipamentos, que produzissem energia através de fontes não poluidoras e de capacidade renovável. No Brasil, nos anais da preservação do meio ambiente, e soluções de energias através de fontes alternativas, destaca-se o paulistano, Engenheiro Mecânico por profissão, Fernando Eduardo Lee.
Em 1950, foi concedido a Fernando Eduardo Lee o direito de ocupação da Ilha do Arvoredo. A Ilha, localizada a 1.600 metros da praia de Pernambuco no Guarujá – SP foi concedida para a prática de estudos e pesquisas. Completamente isolada, virou inspiração para a pesquisa de Fontes de Energias Limpas, Alternativas e Renováveis.
Toda estrutura da Ilha foi construída com muita determinação do Cientista Engenheiro, dentre os projetos pioneiros estavam: - Construção de um farol, que na verdade tinha finalidade de captar ventos, e através de um gerador de energia eólica produzir eletricidade; - Instalação de painel de cristal de sílica, que captava os raios do sol e assim produzia energia elétrica (tecnologia hoje conhecida como fotovoltaica), este experimento é disputado como pioneiro no mundo; - Captação de água da chuva através da percolação da água através de um quintal gramado, que por outros processos, sem utilização de química industrial, é posteriormente consumida.
Em 1996, aos 93 anos Fernando Eduardo Lee faleceu, mas deixou um legado de informações. Atualmente, os seus projetos seguem com a Fundação Fernando Lee e a Universidade de Ribeirão Preto (Unaerp).
5. FONTES RENOVÁVEIS E TECNOLOGIA DE CONVERSÃO 5.1. Hídrico
O Recurso Hídrico é explorado conforme o ciclo da água (estado líquido nos rios, evaporação forma nuvens e retorno para líquido com a chuva), a precipitação sobre as montanhas proporcionam rios, com seus desníveis a produz energia potencial ou cinética.
A extração da energia elétrica da energia hídrica é denominada de Hidroelétrica, que consiste basicamente na construção de uma barragem, criando então um grande reservatório. Com o reservatório cheio de água são abertas comportas que canalizam a água para turbinas, que utilizam da força mecânica de suas rotações para criar um campo eletromagnético, e assim produzem a eletricidade.
A exploração deste recurso vem demonstrando índices altos de aproveitamento energético, chegando a 96% de rendimento. Entretanto, os reservatórios provocam impactos ambientais tanto na fase de construção como na fase de operação.
5.2. Oceanos
O Recurso extraído dos Oceanos se divide em duas forças: as Marés e as Ondas. A força exercida pelas Marés consiste em um aumento no fluxo de água na costa, desta forma é possível construir barragens, assim como as Hidroelétricas, reter uma quantidade de água e após canalizar para turbinas, gerando então eletricidade através da mecânica.
A força das Ondas tem origem direta do efeito dos ventos, que transmitem para água oscilações, gerando energia de um meio fluído, em movimento. As tecnologias, utilizadas para extração de energia elétrica a partir desta força, divide-se na costa e em águas profundas.
Para conversão de energia elétrica na costa é utilizada uma coluna de água oscilante. Conforme o movimento das ondas é produzido uma pressão dentro da coluna, remetendo força para uma turbina localizada na saída, e assim por energia mecânica converte-se a energia da onda em energia elétrica.
Neste tipo de tecnologia de conversão destaca-se a facilidade de distribuição da energia produzida, mas para sua construção é necessário avaliar vários tipos de fatores, bem como geomorfológicos.
Em águas profundas existem vários tipos de tecnologias sendo estudados, bem como: dispositivos óleo-hidraulicos, motores elétricos lineares, etc. O
aproveitamento em grande escala deste tipo de tecnologia é mais indicado que o costeiro, entretanto a complexidade do transporte da energia produzida pode tornar o empreendimento inviável.
5.3. Eólica
Provem dos raios solares que aquecem o ar na atmosfera, os Ventos são considerados como uma Fonte de Energia inesgotável. Quando o ar esquenta na atmosfera existe uma tendência em subir para níveis superiores, pois é mais leve que o ar frio. Na linha do Equador onde a uma incidência maior dos raios solares, o ar desloca-se para níveis superiores da atmosfera, e deslocam para os pólos. Ao chegar aos pólos, o ar sofre um resfriamento, retornado para os níveis inferiores e em direção a linha do Equador, gerando assim um ciclo global compreendido como Ventos Globais.
Além dos ventos globais, os ventos são classificados como: Ventos de Superfície e Ventos Locais. Os Ventos de Superfície são identificados pela incidência de até 100 metros de altitude, contando da superfície terrestre. A influência deste vento é determinada pela geografia e rugosidade do terreno, além da rotação da Terra.
Nos Ventos Locais é analisado um conjunto de fatores, bem como os Ventos Globais e as condições climáticas da região. Um exemplo de Ventos Locais é a brisa marinha. Durante o dia, a Terra aquece mais rapidamente pela influência do sol que o mar, o ar sobe e circula para o mar criando uma depressão ao nível do solo, que atrai o ar frio do mar. Normalmente, ao entardecer há um período de calma, quando as temperaturas do solo e do mar se igualam. Durante a noite os ventos sopram em sentido contrário, tendo a brisa terrestre, normalmente, velocidades inferiores, pois a temperatura do solo é menor, comparado com a temperatura do mar.
A conversão de energia a partir do recurso Vento é de grande simplicidade, e foi utilizada séculos atrás por varias civilizações. Atualmente o foco de conversão de energia, ocorre através de turbinas com enormes pás de ventiladores. Ao receberem uma rajada de Vento, que contém grande energia cinética, o resultado é a rotação em torno do eixo de sustentação, proporcionado então um torque para força mecânica, onde posteriormente através de um gerador é convertida Energia Elétrica.
A configuração das pás é utilizada tanto na vertical como horizontal, a escolha da posição é determinada conforme o tipo de Vento que irá incidir na região. Junto com a tecnologia que extrai energia através da luz solar, a Energia Eólica passa por
um processo de grande difusão. É possível encontrar a utilização desta tecnologia em vários países, pois o aproveitamento energético, a facilidade na manutenção dos equipamentos e no transporte da energia produzida, tem alcançado níveis satisfatórios. Entretanto, a variação na incidência dos ventos cria uma restrição na escolha dos pontos de instalação, caracterizando o seu ponto fraco.
5.4. Biomassa
A dependência da Biomassa segue a linha da Energia Eólica, o Sol. De origem orgânica a Biomassa apresenta na forma sólida, líquida ou gasosa. O ciclo de renovação das Biomassas está implícito no consumo humano. Todas as plantas necessitam de Sol e dióxido de carbono, desta forma os resíduos lançados na atmosfera pelos Biocombustíveis, serão absorvidos posteriormente pela próxima plantação do novo lote de Biocombustíveis.
A Biomassa Sólida provém de resíduos da agricultura, florestas, indústrias biodegradáveis e urbanos, o que evidencia a renovação da sua fonte, a partir do consumo humano. As principais fontes são: Cana de Açúcar, Milho, Soja, Lixo orgânico, Detritos de tratamento das águas.
A conversão de energia ocorre através de combustão direta, sendo uma forma de extração de baixo custo que não emite dióxido de enxofre. Entretanto, não possui um aproveitamento satisfatório, além de precisar de grandes locais para estocagem.
A Biomassa Líquida vem galgando cada vez mais espaço na guerra contra o petróleo. A obtenção da Biomassa Líquida ocorre quando a Biomassa sólida é submetida a um determinado processo químico. Aplicada a transesterificação é possível extrair o Biodiesel, com a fermentação poderá obter o Etanol e, através da gaseificação é extraído o Metanol.
O aproveitamento da conversão da energia da Biomassa Líquida ocorre em sua utilização para combustão dentro de motores, produzindo energia mecânica para locomoção de veículos. Os Biocombustíveis vêm tomando espaço no mercado, tal preferência é reflexo dos baixos custos na produção, que propiciam um repasse do produto final a um custo mais baixo, comparado com os combustíveis fósseis.
Este tipo de combustível vem causando grandes discussões socioeconômicas. A produção de alimento, como o milho e a soja, para utilização de combustíveis, gera grandes especulações na bolsa de valores, diminuindo o valor das sacas daqueles que produzem para o fim de consumo humano. Por outro lado, a visão ética coíbe a
utilização de alimentos para “combustão”, enquanto pessoas no globo morrem por falta de alimentos.
Biomassa gasosa ou Biogás é a forma mais natural de extração de energia, a partir da Biomassa sólida. As principais fontes de Biomassa sólida que resultam em Biogás são obtidas por efluentes agro-pecuários, agro-indústria e urbanos como a lama das estações de tratamento dos afluentes domésticos e aterros sanitários.
A naturalidade que ocorre a extração de energia é procedente da degradação biológica anaeróbica da matéria orgânica contida nos resíduos efluentes das fontes agro-pecuários, agro-indústria e urbanos. Neste processo, ocorre a liberação de uma mistura de gases metano e dióxido de carbono. Para convergir este resíduo em energia é canalizado o gás e armazenado. Utilizando o método de combustão é possível obter energia térmica ou elétrica.
O Biogás tornou-se uma solução duplamente eficaz na redução dos impactos ambientais, pois contém a emissão do dióxido de carbono de aterros, nas redes de tratamentos de água conseguiu destinar os resíduos produzidos. O ponto frágil do Biogás está na estrutura aplicada para sua extração, cominando em custos autos, grandes espaços para instalações e dutos.
5.5. Solar
Classificada como estrela do tipo G2, o Sol está localizada a cerca de 150 milhões de Km de distância da Terra. No núcleo da estrela ocorre um processo de fusão nuclear, onde os átomos de Hidrogênio se transformam em átomos de Hélio. Neste processo é irradiada energia em forma de calor, luz para sua superfície e para o espaço, posteriormente esta energia alcança a Terra.
A Energia que é remetida para Terra é utilizada de várias formas, a mais antiga de aproveitar esta energia foi destacada como controle da temperatura, as civilizações selecionavam a posição das construções conforme as estações do ano. No inverno as construções ficavam mais expostas à radiação solar, gerando assim o aquecimento contra o frio. Na mesma posição, quando chegasse o verão, o sol posiciona-se no ponto mais alto do céu, a utilização de um abrigo que proporcionasse mais sombra garantindo uma temperatura mais agradável na construção.
Os Romanos aprimoraram a técnica, e descobriram que ao utilizar vidros nas janelas, conseguiam um “efeito estufa” nas moradias, proporcionando um ambiente
protegido contra invernos rigorosos. Com este tipo de emprego no aproveitamento da energia do Sol, as civilizações antigas deram utilidade o que hoje classificamos como Energia Solar Térmica Ativa.
Atualmente, a conversão da Energia Solar Térmica Ativa é freqüentemente utilizada para aquecer água através de painéis solares, que são compostos na maior parte por tubos com água expostos a radiação solar. As Cozinhas e Fornos Solares são outra forma de conversão térmica. Através de coletores que refletem o calor, é possível criar um foco de radiação. Neste foco será posicionado o recipiente com o alimento, em um intervalo de tempo a exposição elevará a temperatura possibilitando o cozimento.
O aproveitamento com este tipo de conversão tem demonstrado ao longo do tempo uma solução viável, prática, eficaz e com baixo custo, no entanto a dependência da incidência solar traz insegurança na sua aplicação.
A partir da exposição direta da radiação solar é possível retirar energia elétrica, para tal é necessário painéis coletores, conhecidos como Fotovoltaicos. Compostos por células de silício, os painéis fotovoltaicos, ao receberem energia solar passam por uma reação química, onde elétrons desprendem das células, que através de pontos de metais são conduzidos a uma rede, completando assim um circuito. Estes circuitos são combinados com outros, formando assim módulos. Esta combinação de módulos potencializa a conversão de energia elétrica, propiciando maiores cargas, que por sua vez cominam para um inversor. A função do inversor é transformar correntes continua em alternada.
Da corrente alternada podemos utilizar qualquer aparelho que necessite de energia elétrica. A tecnologia fotovoltaica é cobiçado por qualquer empresa ou residência, pois seus benefícios são incontáveis. O local de instalação aproveita espaços inutilizados, como telhados. A conversão de energia independe de muitos esforços; Quase não há necessidade de manutenção; Em alguns lugares a concessionária de energia paga pela energia produzida no local, caso ela não seja totalmente consumida. Entre todos os benefícios existe um mal, o custo do equipamento é muito alto, mesmo assim, é possível encontrar estes equipamentos em empresas multinacionais ou de grande poder aquisitivo.
5.6. Geotérmica
Energia Geotérmica é fruto de uma grande quantidade de energia sob forma térmica contida no interior do planeta. A centena de anos, os Islandeses utilizavam a as águas quentes que jorravam de dentro da terra na lavagem de roupas e banho. A partir do século XX, os engenheiros começaram a utilizar essa fonte para conversão de energia.
Associada diretamente em regiões que incidem atividades vulcânicas e sísmicas, a Energia Geotérmica pode ser convertida em eletricidade ou simplesmente no aquecimento de ambientes. Para definir a utilização existe uma classificação em altas temperaturas e baixas temperaturas.
Nas Altas Temperaturas é possível extrair Energia Elétrica, para tal é necessário temperaturas superiores a 150ºC. A tecnologia utilizada é compreendida na canalização de gases, que proporcionam torque em uma turbina, o resultado da energia mecânica é a eletricidade.
Nas Baixas Temperaturas o resultado é o aquecimento de água e ambientes, apesar do título, os níveis de temperaturas chegam até 100ºC. A utilização das duas tecnologias cominam em uma alternativa extremamente viável, para os países que possuem atividades vulcânicas. Na Islândia, a incidência da conversão desta energia chega a suprir mais e 50% das necessidades da população, e ainda, propicia uma atmosfera mais saudável, pois retém o dióxido de carbono que seria expelido naturalmente na atmosfera.
A condição de Energia Renovável para a Energia Geotérmica é questionada, evidenciando o seu ponto fraco. Este questionamento é levantado por algumas fontes termais, pois não se sabe até quando continuaram produzindo atividade, trazendo assim insegurança no empreendimento de extração e conversão da energia.
5.7. Hidrogênio
O Gás Hidrogênio tornou-se uma opção na substituição do petróleo e do gás natural. Apesar de não apresentar em grande abundância na natureza, é possível obter Gás Hidrogênio através de processos químicos bem como a eletrolise da água.
A extração de energia através do Gás Hidrogênio consiste em um processo químico que cominam em Células ou Pilhas de Combustíveis.
Estes sistemas são constituídos por processos eletroquímicos que convertem a energia de uma reação química diretamente em energia elétrica, liberando calor.
Funcionam como baterias primárias, mas tanto o combustível como o oxidante são armazenados externamente, permitindo que a pilha continue a operar desde que o combustível e o oxidante (oxigênio ou ar) sejam fornecidos. Cada pilha consiste num eletrólito entre dois eletrodos (o ânodo e cátodo). O combustível é oxidado no anodo, libertando elétrons que se deslocam através de um circuito externo para o cátodo. O circuito é completado através de um fluxo de íons, através de um eletrólito, separando o combustível e o oxidante, conduzindo assim eletricidade, podendo ser revertida em energia mecânica.
O quadro abaixo, compara as tecnologias existentes para Pilhas e Células Combustíveis:
Tecnologia Potência
de saída
Temp.de
func. (ºC) Electrólito Aplicações
PAFC < 200 KW 150 a 200 Ácido fosfórico Produção de energia (escala média) PEMFC 50 a 250KW 80 Polímero Veículos, substituto de baterias recarregáveis MCFC 10KW a 2MW 650 Solução aq.
carbonatos Aplicações eléctricas
SOFC < 100KW Até 1000 Material
cerâmico Aplicações de grande escala, veículos AFC 300W a 5KW 150 a 200 Solução aquosa Produção de electricidade (pequena escala) DMFC 50 a 250KW 50 a 100 Polímero Aplicações médias, telemóveis, laptops RFC - - - Produção de energia em ciclo fechado ZAFC - - - Baterias PCFC - 700 Material cerâmico Produção de energia (grande escala)
O armazenamento do Hidrogênio requer um esforço complexo dos cientistas, pois no estado gasoso sua temperatura é ambiente e no estado líquido sua temperatura é -250ºC.
A solução para o armazenamento do Hidrogênio pode estar em sua aplicação. Atualmente, o foco da atuação é sobre os veículos, o que proporciona uma pressão maior de encontro à solução, tendo em vista, que o aquecimento global está correlacionado diretamente com veículos que utilizam combustíveis fosseis.
A utilização do Hidrogênio como combustível para veículos está em níveis avançados, protótipos de carros e motos que circulam por vários países. A incidência maior desta tecnologia é na Califórnia – EUA, onde encontram postos para abastecimento para veículos comerciais. Além, de carros e motos esta tecnologia pode ser aplicada em ônibus, barcos e aviões.
Determinadas tecnologias podem contradizer o título de Energia Renovável. Caso utilize água para extrair o Gás Hidrogênio e o mesmo, seja aplicado em uma tecnologia para fins de transporte o resíduo será vapor d’água, o que afirmaria sua condição de Renovável. Entretanto, a utilização de uma molécula pode resultar em outra diferente, podendo concluir, que houve a fabricação de uma substância completamente diferente da inicial.
Além da condição de Renovável, o Hidrogênio pode passar por questionamentos éticos, assim como a Biomassa. A extração de energia através da água, enquanto países passam por seca, pode condizer um embargo a esta tecnologia. Mesmo com a extração do Gás por outras substâncias, devemos lembrar que por trás desta concorrência está o petróleo, que por várias décadas entravou tecnologias que proporcionasse competitividade na sua comercialização.
6. CONCLUSÃO
Cada região da Terra tem sua fonte de Energia Renovável, desde o enorme potencial de vento, passando por uma imensa quantidade de energia solar e até mesmo atividades vulcânicas. Sendo assim, a energia renovável é uma solução global para problemas globais, entretanto um futuro renovável depende de vontade política e de um novo modo de pensar, no qual uma fazenda cole ventos, uma lavoura produz combustível e um telhado transforma-se em usina elétrica.
7. BÍBLIOGRAFIA
Portal Renovável
quinta-feira 06 de novembro de 2008 18:00 http://www.energiarenovavel.org.br
ManagEnergy Kids Corner
quinta-feira 06 de novembro de 2008 18:10
http://www.managenergy.net/kidscorner/pt/o11/o11_re.html
History Channel
quinta-feira 06 de novembro de 2008 19:20
http://www.canaldehistoria.pt/pt/012ficha_programa.php?housenumber=IS101ZJN
História e Lendas do Guarujá
quinta-feira 06 de novembro de 2008 20:05
http://www.novomilenio.inf.br/guaruja/glendasnm.htm
Guarujá e Vicente de Carvalho
quinta-feira 06 de novembro de 2008 20:15 http://br.geocities.com/guaruja_1/person_p6.htm
