Energia Elemento Transformador da
Sociedade
Parte I
Autores:
Momotaro Imaizumi
Carlos Alberto Fonzar Pintão
Carlos Alberto Soufen
Geraldo Luiz Palma
Américo Seitiro Tabata
Indice :
1. Introdução. 2. Petróleo 3. Energia elétrica4.Medidas para redução de consumo de energia elétricas. 5- Fontes Alternativa de produção de energia elétrica. 6. Fontes de energia alternativas ao petróleo.
7. Energia como fator de desenvolvimento. 8. Comentários finais.
9. Programação das próximas aulas. 10. Atividades adicionais.
Energia –Elemento Transformador da Sociedade 1. Introdução.
Tradicionalmente conhecemos os tipos de energia : cinética, potencial, térmica, elétrica , eólica, nuclear etc.
O importante para os físicos engenheiros e outros profissionais é saber correlacionar esses tipos de energias e saber usa-las adequadamente.
nos cursos de físicas além da energia cinética e potencial, usamos também a definição de energia na forma relativística escrita na forma E=mc2 e toda as formulações são escritas em função de energia por exemplo na mecânica quântica onde escrevemos :
Ψ = Ψ + = Ψ T V E
H ( ) onde H é o operador Hamiltoniano , T representa a energia cinética , V o potencial , Ψ é a função de onda que representa o estado de energia , E é o autovalor que representa a Energia. A equação acima é conhecida como equação de Schrödinger da Mecânica Quântica. Os exemplos acima citados representam os conceitos básicos de energia usados para estudar as estruturas eletrônicas, nucleares, estudar as propriedades dos sólidos e etc.
Nessa introdução ao curso pretendemos discutir as formas de energia do nosso cotidiano, suas fontes, as vantagens e desvantagens de sua produção e de sua utilização.
2. Petróleo
Iniciamos nossa discussão com a principal fonte de energia não renovável e muito importante que é o petróleo.
O petróleo cuja extinção esta prevista para daqui quarenta anos é a fonte que move praticamente a nossa sociedade a través dos combustíveis para os veículos de transporte, gasolina e óleo diesel e também pelo uso dos gases naturais na geração de energia elétrica nas usinas termoelétricas . O petróleo é retirado do solo principalmente nos paises do oriente médio, Estados Unidos e através de perfurações marítimas como no Mar do Norte, Venezuela e Brasil na Bacia de Campos e futuramente na Bacia de Santos (pré-sal). A produção de petróleo tem como argumento que a frota mudial
de veículos consomem gasolina e óleo diesel. No Brasil utiliza também o etanol, sendo que o uso através do programa pro - álcool trouxe benifícios como a redução da poluição e o desenvolvimentos de motores bi combustíveis e que podem utilizar tanto a gasolina ou álcool ou a mistura dos dois. O outro argumento do petróleo é obtenção dos polímeros que tem grande aplicações tecnológicas e outros tipos de plásticos. O grande problema da utilização de petróleo é o aumento do efeito estufa (aumento da poluição no nosso planeta), seu custo de produção e necessidade de investimento , construção de refinarias, armazenamento e distribuição dos combustíveis.
3. Energia elétrica
Outra energia usada em grande escala é energia elétrica, usada nos lares, nas indústrias, principalmente em motores elétricos, auto fornos das indústrias siderúrgicas. Essa energia é gerada por hidroelétricas principalmente com grandes bacias fluviais como o Brasil. No Brasil temos as Usinas de Itaipu, Belo Monte, São Luiz, Tucuruí , Jirau, Ilha Solteira, Xingó, Santo Antônio, Paulo Afonso e Jatobá que são as 10maiores usinas do Brasil e nossa região temos as usinas de Barra Bonita e Bariri. Observa -se que existe a necessidade de construção de novas usinas devido a uma demanda crescente devido ao aumento populacional e a expansão do parque industrial que se faz necessário para suprir a demanda interna e externa. Uma grande discussão que se faz é sobre os problemas de construção de usinas hidroelétricas. Podemos listar alguns de problemas:
3.1-) A inundação de grande área na construção de barragens. Isso tem como consequência a retirada de animais e das área que serão inundadas tendo mudanças no eco sistema e também a migração de pessoas, temos por exemplo a construção da Usina de Três Gargantas está forçando um milhão de pessoas a migrarem.
3.2-) O custo dessas construções. No caso o Banco mundial tem financiado essas construção entretanto existe um certo endividamento dos paises que utilizam esses recursos.
3.3-) O custo de transmissão da energia elétrica da usina aos centros consumidores.
3.4-) O risco de apagões por acidentes ou por um aumento súbito na demanda.
Então temos um impasse, construir hidroelétrica quando observarmos o aumento da demanda de energias ou tomar certas medidas para suprir o dessa aumento da demanda.
4.Medidas para redução de consumo de energia elétricas.
Entre essas medidas adotado no Brasil e certos paises temos:
4.1-) Adotar o horário de verão ( adiantar os relógios em uma hora nesse período do ano).
4.2-) Racionar o consumo, medida já foi adotada no Brasil e foi muito criticada e para alguns especialistas ela não é eficaz.
4.3-) Racionalizar o consumo, para ser uma medida interessante porque implica na utilização de equipamentos tantos industriais e domésticos que consomem menos energia. Isto implica em modernizar certas indústrias, requerendo investimentos em novos equipamentos e também o desenvolvimento de equipamentos mais adequados necessitando de um aprimoramento tecnológico e desenvolvimento de novos produtos. Isso também requer a utilização de materiais adequados para desenvolver produtos, talvez o uso de nano materiais que tem apresentados propriedades interessantes.
5.1. Biomassas
Temos como exemplo o uso das biomassas ( bagaço da cana de açúcar) que é queimada para gerar energia elétrica.
5.2. Usinas Termoelétricas.
Essas usinas usam o gás natural, ou queima óleos derivados do petróleo, ou queima carvão.
O custo da energia gerada nas termoelétrica é menor que a energia gerada nas hidroelétricas mas tem a desvantagem do processo de geração ser mais poluente.
5.3. Usinas nucleares.
No Brasil temos as Usinas Nucleares do complexo Angra dos Reis com as usinas Angra I e II. Fala-se na possibilidade da construção de Angra III. A desvantagens das usinas nucleares é o elevado custo de construção, o custo geração de energia é maior que as hidroelétricas, a capacidade de geração de energia é menor que de uma hidroelétrica e temos ainda o problema do resíduo nuclear com o seu armazenamento e manuseio desse material. Um outro problema é o enriquecimento do urânio, que tem um custo elevado e tem um controle internacional desse processo.
A grande vantagem das hidroelétricas é que ela gera uma energia limpa.
5.4.. Energias eólicas ( energias dos ventos) é um processo não poluente mas que dependente das regiões onde temos ventos de uma maneira constantes. Esse processo é muito utilizado na Europa, por exemplo no sul da França.
6. Fontes de energia alternativas ao petróleo.
6.1. Etanol.
Esse combustível que desenvolvido pelo programa do pro -álcool na década de 70 devido ao aumento do petróleo pelos paises árabes, então grandes produtores de petróleo, hoje tornou um bom combustível alternativo a gasolina. Tem a grande vantagem por é menos poluente e a sua fonte de geração, no caso a cana de açúcar é renovável. Com a introdução do etanol
com combustível para os automóveis houve um desenvolvimento considerável na produção da cana de açúcar com aumento considerável na sua produtividade. Também como consequência trouxe o desenvolvimento do motor bi combustível na industria automobilística. O etanol também pode ser obtido do milho como é feito nos Estados Unidos.
A desvantagem do uso do etanol é a possível redução de área de produção de alimentos. Outra desvantagem é a variação de preço no Brasil do produto no período da entre safra.
6.2. Biodiesel.
O biodiesel é um combustível obtido de óleos naturais como a mamona, dendê, soja etc. è um projeto do governo federal que está iniciando e acredita que esses projeto poderá ter sucesso se tiver o desenvolvimento tecnológico que teve o etanol e que serão necessários alguns anos e tempo de pesquisas para desenvolver adequadamente o produto. Esses produto tem objetivo de substituir o óleo diesel em partes. Uma desvantagem é o seu baixo rendimento e a fonte de produção. Os estudos apontam que as melhores fontes são a mamona e o dendê , cuja produção está sendo estimulada pelo governo federal através da agricultura familiar, segundo o professor José Goldemberg é uma boa idéia.
7. Energia como fator de desenvolvimento.
Alguns dados são interessantes, o consumo de energia aumenta nos paises desenvolvidos , muito maior que nos paises em desenvolvimento, isso devido a existências de um parque industrial maior, e as populações nesses paises é menor que nos paises desenvolvidos. Tomamos como exemplo , a Suíça tem uma população de 6 milhões de habitantes,a Alemanha 60 milhões, a França 60 milhões , os Estados Unidos 250 milhões, o Japão 120 milhões enquanto paises como a China 1bilhão e cem milhões, A Índia 700 milhões, o Paquistão 500 milhões e o Brasil 180 milhões. Observamos que desenvolvimento está ligado a uma população menor, as famílias de um número menor de filhos, observamos também que a expectativa de vida nos paises desenvolvido é maior. Observamos que a população dos paises
desenvolvimento possuem um conforto maior, tendo ar condicionados no verão e aquecimento no inverno, logo um consumo maior de energia, enquanto que no Brasil a maior parte da população vive em situação precária, há falta de energia, saneamento básico, infra-estrutura de transporte e saúde e falta de investimento em educação. Observamos também que os paises em desenvolvimento necessitam de uma quantidade maior de energia para que eles possam continuar se desenvolvendo.
8. Comentários finais.
O importante é ter alternativa de geração de energia alem dos processos tradicionais. O importante é aproveitar o que a natureza nos oferece, como a energia solar ( Brasil é pais tropical), a energia eólica, os recursos hídricos, o uso do etanol e das biomassas, e também o petróleo ( apesar de poluente é uma importante fonte de energia ) e a energia nuclear, apesar das restrições poderá ser fator estratégico para o pais. O importante para o pais que tenhamos uma política transparente e adequada de energia e que no desenvolvimento dos processos de obtenção de energia tenhamos a participações dos pesquisadores das universidade e dos centro de pesquisa como IPT, IPEN, CEPETRO.
9. Programação das próximas aulas.
Américo (28/08) Energia .
Força
Conceito de energia.
Energia Mecânica: Trabalho, Energia Cinética e Energia Potencial. Calor, Energia Interna e Entalpia.
Expansão dos Gases e Evolução da Máquina a Vapor.
Potência
Fonzar. (11/09) As Leis da Termodinâmica A lei Zero da Termodinâmica
Primeira Lei da Termodinâmica ou Lei da Conservação da Energia Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica.
Eficiência de Máquinas Térmicas e seus Limites. A Bomba de Calor.
Medidas de Eficiência. Renato (19/09) Fontes de Energia. Energia Nuclear. Geraldo (16/10) Soluções técnicas. Energia Renováveis. Energia Eólicas Energia Solar Soufen (23/10 e 13/11) Transporte Biomassas Biodiesel Etanol Momotaro e equipe (27/11) Encerramento. 10. Atividades adicionais.
Visita técnica a usina de açúcar e álcool.
Palestra sobre coletores solar ( representante da Soletrol) a confirmar Palestra do Professor Celso Mooroka ( Engenharia de Petróleo da Unicamp) dependendo marcar a data.
