Energias
Alternativas
Índice
Introdução
Há
muitos, muitos anos atrás, a sociedade de então não dependia da
electricidade para nada. As pessoas levantavam-se de manhã e deitavam-se
com o pôr-do-sol. O único tipo de energia necessária era dado pelo fogo, e
era apenas necessária para cozinhar os alimentos ou alguma iluminação.
Pensemos agora na sociedade actual: O que seria das pessoas de hoje se um
dia acordassem e não existisse energia eléctrica? Seria decerto um mundo
bem diferente... possivelmente CAÓTICO!!!
Electricidade Portugal é um país muito dependente do exterior
em termos de energia, importando cerca de 80% da energia que necessita,
sendo o petróleo responsável por cerca de 85% dessas importações. Ora,
para além dos custos que tem este combustível, em termos ambientais esta é
uma fonte não renovável de energia.
O que
fazer então? Bem, a electricidade é produzida numa central eléctrica.
Estas centrais não necessitam de utilizar combustíveis fósseis, como o
petróleo, sendo possível gerarmos electricidade a partir da energia
fornecida pelo vapor de água, água, vento, sol, calor, etc.
Alguns tipos alternativos de centrais:
Ø
Hidroeléctrica
Ø
Maremotriz
Ø
Eólica
Ø
Solar
O Poder Da
Água
Uma
das alternativas mais utilizadas e mais rentáveis para a produção de
energia eléctrica é a central hidroeléctrica, que pode, caso se encontrem
as condições geográficas ideais, contribuir bastante para a produção de
energia.
Resumidamente, uma central hidroeléctrica
utiliza um moinho de água que acciona um dínamo o qual produz corrente
eléctrica. É este o princípio, muito simples, de uma estação cuja
finalidade é a de converter a energia potencial acumulada da água em
energia eléctrica. Normalmente acoplada a uma barragem , a central
hidroeléctrica aproveita a água de um lago ou reservatório que é forçada,
pois encontra-se submetida á famosa lei da gravidade, a correr através de
condutas que terminam num colector que alimenta as turbinas. Estas
turbinas, animadas de movimento giratório, estão ligadas a um gerador, o
qual se encarrega de transformar a energia mecânica em energia eléctrica,
através de um fenómeno a que chamamos indução electromagnética.
Vamos ver
alguns pormenores: A electricidade provem de um gerador, movido por
turbinas que são "alimentadas" pela água que por elas passa a grande
velocidade, certo? Logo, um factor determinante da produtividade de uma
estação hidroeléctrica é a ENERGIA POTENCIAL da água que será
posteriormente transformada em ENERGIA CINÉTICA nas
turbinas.
Ora, uma
massa de água m, situada a uma altura h,
possuí, como todos sabemos, uma energia potencial que nos é dada pela
conhecida fórmula
Ep = m.g.h
Sendo
assim, e tendo presente que a massa de água em movimento de um caudal
Q (m3/s) corresponde a 1000 Kg.Q ,
vemos que a potência produzida é de
P = 1000Q.g.h (W)
ou
P = Q.g.h
(kW)
Se
concluirmos os cálculos vendo o rendimento da transformação (+/- 0,8),
devido a perdas nas condutas, turbinas, alternador, etc., virá para
POTÊNCIA ELÉCTRICA MÉDIA:
P = 8.Q.h
Conclusão: Para termos uma central deste tipo a fornecer
uma potência elevada precisamos de:
Ø
Caudal de água
elevado
Ø
Desnível elevado
 Esquema de uma central:
- Barragem
- Canal
de derivação
- Conduta forçada
- Turbina
- Gerador
- Canal
de fuga ou restituição
Turbinas
As
turbinas hidráulicas são classificadas em turbinas de acção (funcionam ao
ar livre - Pelton) e turbinas de reacção
(funcionam no seio da água turbinada - Francis e Kaplan). A escolha da turbina é crucial para o bom
rendimento da central devendo ser feita de acordo com a altura da queda e
a velocidade específica da turbina As turbinas necessitam de uma grande
manutenção periódica pois sofrem um grande desgaste devido à acção da
água, deixando em alguns anos de funcionar rentável, tendo se ser
totalmente desmontadas e substituídas de três em três anos.
Turbinas
PELTON
Nas turbinas deste tipo, a
distribuição é feita por um a quatro tubos injectores, denominados
tubeiras. As pás do rotor têm a forma de concha dupla. Normalmente
utilizadas para altas quedas (250 a 2500 m) e pequenos caudais, têm um
baixo número de rotações, tendo, no entanto, um rendimento até 93%.
Turbinas
FRANCIS
A câmara de entrada ou VOLUTA é o
recinto que orienta a água na direcção da turbina. Pelo seu lado, o
distribuidor permite a regulação da potência da turbina através da
inclinação das pás. Podendo ser utilizadas em desníveis de queda
variáveis, estas turbinas apresentam, face às Pelton, um rendimento máximo mais elevado, velocidades
maiores e menores dimensões.
Turbinas
KAPLAN
Normalmente utilizadas com quedas
baixas, estas turbinas, também chamadas turbinas a hélice, têm uma roda
móvel composta de poucas pás, relativamente estreitas e com a forma de
hélices de barco, com inclinação regulável de modo a permitir o melhor
rendimento. Se estiver montada num eixo horizontal pode ser chamada grupo
bolbo. O alternador está acoplado directamente à turbina encontrando-se
submerso.
Geradores
Embora as turbinas sejam belos frutos da
tecnologia moderna, de nada serviriam sem o elemento que transforma a
energia cinética das turbinas em energia eléctrica. Esse elemento,
decididamente indispensável para este efeito é o GERADOR.
 Como é
composto um gerador?
Pois bem,
um gerador é composto por duas partes:
Indutor
Elemento rotativo também chamado
de rotor e que está ligado á turbina a qual lhe vai transmitir o
movimento;
Induzido
Elemento fixo que pode ser chamado
de estátor. É constituído por um, ou mais,
enrolamentos em volta de um núcleo ferromagnético fixo. Conforme a máquina
for monofásica, bifásica ou trifásica, assim
será o número de enrolamentos e a posição respectiva ocupada no induzido
da máquina.
Ao
fornecermos energia mecânica ao veio do alternador, o campo magnético
indutor vai começar a girar. O fluxo correspondente vai atravessar
diferentemente, no tempo, as bobines do estátor,
provocando a aparecimento de forças electromotrizes induzidas alternadas
sinusoidais ou, mais simplesmente, corrente eléctrica.
O Poder do
Mar
O
uso das marés como fonte de energia remonta já à antiguidade. No conjunto
da Terra, o fluxo das marés, duas vezes por dia, representa uma energia
colossal. No entanto, é apenas possível aproveitar uma ínfima parte desta
energia, por questões geográficas. Os locais propícios a este tipo de
exploração são muito raros, pois necessitam de costas muito recortadas que
ofereçam grandes amplitudes de maré.
 Estas centrais são equipadas com grupos de
turbinas bolbo, totalmente imersos na água. A água é turbinada durante os
dois sentidos da maré, sendo de grande vantagem a posição variável das pás
para este efeito. 
Só em
França, foram registadas cerca de 200 patentes de protótipos para centrais
mareomotrizes, contudo este tipo de central não
se compara ainda às suas irmãs, sendo a mais potente, a central maremotriz do Rance, capaz de produzir apenas 240 000
kW, ou seja, 200 vezes menos do que a mais potente central hidroeléctrica.
Esta central, cuja possibilidade vinha a ser estudada desde 1897, nasceu
em 1966. A sua existência e rentabilidade é possível dado a amplitude de
maré que ali se verifica, que é de 13 metros! Como curiosidade, o recorde
de amplitude de maré é de 17 metros e verifica-se na costa do
E.U.A
A segunda
maior central maremotriz do mundo encontra-se
cerca de 60 km a norte de Murmansk, na ex-U.R.S.S., com uma potência de apenas 400 kW, pois a
amplitude da maré é de apenas 2,5 m.
Em
Portugal, a viabilidade de uma estação deste tipo é reduzida e não se
justifica visto a pequena amplitude de maré na nossa costa pois, embora
tenhamos a mesma que se encontra na central da ex-U.R.S.S., existem condições geográficas no nosso
país não aproveitadas onde poderia haver uma maior rentabilidade, por
exemplo, ao nível das centrais hidroeléctricas. Houve em tempos, moinhos
de marés no Seixal, ao longo do rio em Lisboa e também no Guadiana, mas
que hoje podem ser apenas peças de museu.
O Poder Do
Vento
O
vento: Ligeira brisa ou terrível tempestade, está sempre presente em toda
a superfície da Terra. Sem ele nunca os Descobrimentos teriam existido,
graças a ele muito se construiu. Desde muito cedo o Homem construiu
moinhos de vento para moer os cereais ou tirar água dos poços. Agora,
moinhos deste tipo são raros, mas existem alguns construídos sobre uma
armação metálica e ligados a um gerador, produzindo corrente eléctrica
quando há vento : são os aeromotores.
Desde 1929 muitos foram construídos mas a
maioria acabou destruído por um temporal, após alguns anos de serviço. Os
maiores aeromotores encontram-se nos Estados Unidos, que em 1941 possuíam
já um moinho cuja hélice pesava 7 toneladas e media 53 m de diâmetro, o
qual também não resistiu muito tempo. A NASA retomou a construção de
aeromotores gigantes. Os dois maiores medem 61 e 91 metros de diâmetro e
funcionam desde 1978 em Boone (Ohio) e Barstow
(Califórnia), produzindo 2000 a 2500 kW de electricidade. É 100 vezes
menos que a central maremotriz do Rance mas a
sua construção é mais simples e menos dispendiosa. Nos E.U.A. é frequente
encontrarem-se quintas com pequenos geradores eólicos, onde famílias mais
consciencializadas reduzem bastante os seus gastos de
electricidade.
Este tipo de energia é-nos também impossível de
utilizar senão uma ínfima parte. Tal como acontece nas outras centrais, há
bastantes requisitos para se poder instalar uma central eólica que seja
rentável. Assim, quando é descoberta uma zona propícia imediatamente surge
um parque eólico. Estas zonas têm de apresentar vento de força e direcção
constantes, e que exista todo o ano. Estas condições são normalmente
encontradas no litoral. Existem agora aeromotores, muitos ainda a título
experimental, que funcionam num eixo horizontal, cuja construção elimina
já alguns dos problemas existentes nos geradores convencionais: O seu
formato permite a utilização de ventos de qualquer direcção, sendo o
aproveitamento da energia bastante mais elevado. Alguns cientistas
calcularam que toda a energia resultante dos ventos na Terra, se
aproveitada na totalidade, seria 200 vezes superior à consumida por todos
os povos do planeta reunidos!
Como tudo,
estas centrais têm também as suas desvantagens: São barulhentas, o seu
preço é ainda elevado, necessitam de um grande espaço, e, em termos
ecológicos, são a causa de morte de muitas aves.
O Poder do Sol
O
Sol é a fonte primária de vida. Será ele também a fonte primária de
energia? Ora pensem lá: É o sol que provoca o aquecimento de algumas zonas
do globo enquanto outras arrefecem e cria assim os ventos. É através da
atracção do Sol e da Lua que se criam as marés. É o sol que evapora as
águas, que posteriormente sob a forma de chuvas alimentarão os cursos de
água das centrais hidroeléctricas. Então, porque não aproveitamos a
energia solar que nos chega á Terra (a qual é ínfima, comparada com a que
se perde no espaço) libertada pelo Sol, o deus Sol, como os Incas o
consideravam.
Há várias
maneiras de aproveitar a energia solar. A mais comum é a utilização de
colectores solares para o aquecimento de água, estufas ou fornos solares.
No entanto, há um processo de obter directamente energia eléctrica do sol,
utilizando células fotovoltaícas, também chamadas foto-pilhas. As
primeiras foram instaladas em 1958, em satélites artificiais, mas hoje em
dia estão mais aperfeiçoadas e são utilizadas na Terra para fornecer
electricidade em regiões isoladas ou de difícil acesso. O motivo para o
seu uso não ser ainda muito difundido é o seu elevado custo quando
comparado com a electricidade convencional, mas é já frequente o seu uso
para alimentar bóias de navegação, faróis ou outras estruturas
offshore.
Desde o
fim do séc. XIX que se estudava a possibilidade de se transformar a
energia solar em electricidade. Os primeiros trabalhos realizados geraram,
no entanto, muitas dúvidas quanto à viabilidade deste projecto.
Experiências no Reino Unido não deram também muitos resultados. A
eficiência das ligas utilizadas era de apenas 1%. Em 1954 tudo se alterou.
Nos Bell Telephone Laboratories foi descoberto que pastilhas muito finas
de silício "dopadas" com certas impurezas são cerca de 10 vezes mais
eficientes do que as substâncias utilizadas até então. Desde então tem-se
verificado uma evolução constante estando previstos valores de 15% para as
células de silício e tendo já sido obtidos valores acima dos 20% para o
gálio em condições laboratoriais.
Uma das
maiores vantagens das células solares modernas é a de não terem partes
móveis que se desgastem, uma vida quase indefinida, requererem pouca
manutenção e não serem poluentes. O silício, o material mais comum no
fabrico de células solares é, felizmente, um material muito comum. A
National Science Foundation, no E.U.A. prevê para o ano 2000 uma
capacidade de produção de 20 000 MW.
Como são
constituídas as células solares?
A adição
doping de pequenas quantidades de impurezas a um semicondutor muito puro
pode alterar as suas propriedades eléctricas, produzindo 2 tipos básicos:
tipo p , que contém cargas positivas móveis , e tipo n, com cargas
negativas móveis. Quando colocados juntos e expostos ao sol, os electrões
passam pela junção p-n em direcções opostas, dando origem a corrente
eléctrica.
A
substância utilizada para a dopagem é o fósforo, arsénio ou antimónio. A
parte da frente da célula é protegida por um vidro fino. A complexidade da
sua produção torna-as caras, como já foi referido, sendo o seu preço em
1976 de 20 libras por watt de pico.
Há um
grupo principal de células solares que rivalizam com as células de
silício. São estas as células de sulfureto de cádmio e existem já
processos para a produção barata de painéis solares deste tipo. Este tipo
de células tem a desvantagem de possuir um tempo de vida mais curto (pouco
mais de 20 anos) e um rendimento de apenas 7%, pensando-se que seja
possível atingir os 15%.
O elevado
preço das células fotoeléctricas deverá baixar bastante com os
desenvolvimentos das técnicas de produção, estimando-se que o preço no ano
2000 possa ser de 0,1 libras por watt de pico.
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