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Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia – FAET - Curso de Arquitetura Professora Arquiteta Dra. Eliete de Pinho Araujo [email protected] Reitor: Getúlio Lopes Diretor da FATECS: José Pereira da Luz Filho Coordenador: José Galbinski Curso: Arquitetura e Urbanismo Disciplina: Instalações Professora: Dra. Eliete de Pinho Araujo Apostila de Energias Alternativas 2004

Energias Sustentáveis

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Energias sustentáveis - teste

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  • Faculdade de Cincias Exatas e de Tecnologia FAET - Curso de Arquitetura Professora Arquiteta Dra. Eliete de Pinho Araujo [email protected]

    Reitor: Getlio Lopes Diretor da FATECS: Jos Pereira da Luz Filho Coordenador: Jos Galbinski Curso: Arquitetura e Urbanismo Disciplina: Instalaes Professora: Dra. Eliete de Pinho Araujo

    Apostila de Energias Alternativas

    2004

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    ndice Pgina

    1. O Problema da Energia 02 2. Eficincia 03

    2.1. Na Iluminao 03 2.2. No Transporte 03

    3. A Transmisso de Energia 04 4. Fontes Alternativas de Energia 04

    4.1. Energia Elica 04 4.1.1. Histrico 04 4.1.2. O Uso da energia Elica no Mundo 05 4.1.3. A Energia Elica no Brasil 06 4.1.4. O Vento e a Energia Elica 10 4.1.5. Converso de Energia Elica 12 4.1.6. Moinhos de Vento 12 4.1.7. Tipos de Turbinas Elicas 13 4.1.8. A Energia Elica no Mundo Curiosidades 14 4.1.9. A Fora do Vento 14 4.1.10. Vantagens da Energia Elica 15 4.1.11. Desvantagens da Energia Elica 15 4.1.12. Curiosidades 16 4.1.13. Concluses 16

    4.2. Energia Solar 17 4.2.1. Sol: A Fonte Inesgotvel de Energia 17 4.2.2. Solar Trmica: Usando energia Solar para Aquecer Lquidos 18 4.2.3. O Efeito Solar Fotovoltaico: A Energia Gerada pala Luz do Sol 18 4.2.4. Solar Passiva: O Aquecimento de Ambientes pelo Design Consciente de

    suas Construes 18 4.2.5. O Sol Transformado em Eletricidade 19 4.2.6. Luz para os Trpicos 23 4.2.7. O Calor do Sol 24 4.2.8. Vantagens da Energia Solar 26 4.2.9. Como obter a Energia Solar 27 4.2.10. Funcionamento da Energia Solar 28 4.2.11. Aquecimento de gua e Ambientes 30 4.2.12. Aquecimento Ativo 31 4.2.13. Casa Solar Eficiente 32

    4.3. Energia de Biomassa 37 4.3.1. Histrico do Biogs 37 4.3.2. O que o Biogs 37 4.3.3. Como se forma o Biogs 37 4.3.4. Fatores que influenciam a produo de Biogs 38 4.3.5. Caractersticas e Curiosidades sobre o Biogs 38 4.3.6. Biodigestor 38 4.3.7. Localizao do Biodigestor 39 4.3.8. Biodigestor em Sistema Contnuo 39 4.3.9. Biodigestor em Sistema Descontnuo 40 4.3.10. Exemplo de Sistema Descontnuo 40 4.3.11. Vantagens do Biogs 41 4.3.12. Utilizao do Biogs 42

    5. Bibliografia 43

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    Esta matria se dedica a falar sobre os diversos tipos de produo de energia, com o objetivo de mostrar que importante investir em pesquisas para se conseguir energia cada vez mais barata, eficiente e com menos impacto ao meio ambiente.

    1. O Problema da Energia

    Com base em estimativas razoveis, a populao mundial atingir 10 bilhes de pessoas em meados do sculo XXI.

    Em 1990, o consumo de energia primria por habitante e por ano era de 2.2x1011 Joule ou 5.1 tep (toneladas de equivalente em petrleo: 4.4x1010 J = 12000 KWh) nos pases industrializados, e dez vezes menos nos pases em vias de desenvolvimento. De acordo com os cenrios escolhidos para a procura energtica, o consumo de energia primria mundial poder atingir duas a trs vezes o consumo atual.

    Grupo de Pases Por Habitante (tep/ano) Procura Global (tep/ano)

    1988 2050 1988 2050

    normal baixa normal baixa Comunidade Europia 5.2 5.2 2.6 4.0 4.6 2.3 Pases do Leste 4.4 4.4 2.2 1.9 2.1 1.1 Pases em Desenvolvimento 0.5 1.5 1.0 2.0 13.8 9.2 Mundo (Total) 1.5 2.0 1.2 7.9 20.5 12.6

    Este o crescimento estimado da procura energtica mundial (de acordo com dois tipos de cenrios: procura normal ou baixa).

    As fontes de energia capazes de corresponder de forma substancial a esta procura so: os combustveis fsseis, principalmente o carvo, pois as reservas de petrleo e de gs

    sero fortemente reduzidas no futuro; a energia nuclear: fisso e fuso; as energias renovveis: hidrulica, solar, elica, das ondas, das mars, geotrmica,

    biomassa, etc.

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    Mesmo se a frao das necessidades energticas que possa ser coberta pelas energias renovveis aumentar como se prev, os peritos esto de acordo que elas no podero satisfazer, no entanto, a totalidade das necessidades mundiais.

    Torna-se necessrio desenvolver novas opes energticas, otimizadas em termos de segurana, de impacto sobre o meio ambiente e de economia.

    2. Eficincia

    O consumo de energia e formas de utiliz-la eficientemente:

    2.1. Na Iluminao

    O consumo de eletricidade na iluminao vai crescer imensamente at 2020. At l, provvel que 40% do nmero total de lmpadas em uma casa mdia devero ser fluorescentes compactas. Um aumento de 16% em relao a agora. Estudos feitos na Inglaterra mostram que se toda casa de l substituir uma lmpada incandescente de 100 W por uma fluorescente compacta de 20W, o total de energia economizada dever ser equivalente a energia produzida pela estao de energia "Sizewell B" (uma usina de l).

    No Brasil, 23% do consumo de energia eltrica do setor residencial (casas), sendo 34% usada em lmpadas incandescentes. Elas so umas das que gastam mais energia dentro de uma casa, ganhado da geladeira, com 33%, e do chuveiro, com 23% do consumo. Isso mostra o quanto se pode economizar se todas as lmpadas incandescentes forem trocadas por lmpadas fluorescentes compactas.

    Casas e prdios inteligentes, que controlam o uso do ar condicionado e possuem sensores de presena para poderem ligar ou desligar suas luzes, tambm ajudam a economizar energia.

    2.2. No Transporte

    A frota de veculos do mundo d um salto a cada dcada. Assim, carros com injeo eletrnica e que consomem menos so muito importantes para racionar o uso de combustvel como o petrleo, alm de emitir menos poluentes na queima de combustvel.

    No Brasil, a maior parte da poluio nas cidades causada pelo veculos. Sendo assim, um investimento para se conseguir carros menos poluentes imprescindvel para que tenhamos uma maior qualidade de vida.

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    Carros movidos a eletricidade talvez faam parte do futuro de nosso transporte, mas at l, preciso racionar o mximo possvel a utilizao de petrleo fazendo carros cada vez mais eficientes.

    3. A Transmisso de Energia

    O que passa desapercebido para a maioria das pessoas que muita energia desperdiada na sua transmisso, pois como os fios condutores so muito longos, eles consomem parte dessa energia em forma de calor.

    O que est sendo pesquisado hoje em dia para acabar com esse problema a tecnologia dos supercondutores que, se substiturem os fios de hoje, acabariam com esse desperdcio devido s suas caractersticas de resistividade nula. Porm, no existe nada em prtica, pois ainda no foi conseguido um material que conseguisse a supercondutividade temperatura ambiente.

    4. Fontes Alternativas de Energia

    As energias alternativas so aquelas surgidas como solues para diminuir o impacto ambiental e para contornar o uso de matria-prima que normalmente no renovvel, no caso da energia convencional, como o carvo e petrleo.

    Existem algumas delas que j alcanaram grandes avanos e esto bastante difundidas. A energia elica e a energia solar vm tomando o lugar antes ocupado pela energia eltrica convencional. Essas energias tornam-se vantajosas, pois so grtis, precisando apenas de um investimento inicial.

    4.1. Energia Elica

    4.1.1. Histrico

    Abordagem geral sobre energia elica e suas caractersticas no Brasil e no mundo: Uma das primeiras formas de energia conhecida, o vento j era empregado para mover barcos vela de pano em 3.50 a.C.. Em terra os primeiros moinhos de vento talvez tenham aparecidos na Prsia por volta de 700 d.C. As ps giravam horizontalmente e eram conectadas diretamente a pedras de moenda que trituravam gros. A fora do vento tambm era usada para irrigar terras ridas e drenar alagados, e ainda como fonte alternativa de energia para gerar eletricidade.

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    O homem vive num oceano de energia. Ao redor dele a natureza trabalha constantemente, expandindo energia em to inesgotveis quantidades que dela o homem pode aproveitar apenas uma frao. As quedas de gua poderiam proporcionar fora hidroeltrica suficiente para suprir 80% da energia total consumida pelo homem, embora ele use apenas 1 ou 2% dela. Se os ventos fossem dominados, eles poderiam produzir duas vezes mais eletricidade do que a fora da gua o faz agora.

    A atmosfera da Terra age como uma gigantesca mquina trmica.

    4.1.2. O Uso da Energia Elica no Mundo

    A energia elica diferente do Brasil j era utilizada a um bom tempo. Tendo em vista suas potencialidades, diversas pesquisas e tcnicas vinham sendo utilizadas a tempo, tornando-a, assim, uma alternativa energtica.

    O pas que lidera na produo de energia elica no mundo a Alemanha que possui uma produo de cerca de 8.000 megawatts (quase um tero do total mundial), e sua implementao composta de bastante tecnologia.

    Em segundo lugar vm os Estados Unidos com 4.150 megawatts, que lanaram a indstria moderna de energia elica na Califrnia, durante a dcada de 80.

    Na dcada de 90, especialmente na sua segunda metade, a capacidade de gerao de energia elica teve um aumento espantoso de uso, sendo que neste mesmo perodo o uso do carvo como alternativa principal para a gerao de eletricidade teve queda.

    Em terceiro lugar vem a Espanha com 3.300 megawatts, seguida da Dinamarca com 2500 megawatts, a Frana, por exemplo, que durante anos ignorou a energia elica , anunciou em dezembro de 2000 que iria desenvolver 5.000 megawatts de capacidade de gerao elica durante esta dcada, algumas semanas depois, a Argentina anunciou seus planos de desenvolver 3.000 megawatts de gerao elica na Patagnia, em abril de 2001, o Reino Unido vendeu direitos de arrendamento marinho para aproximadamente 1500 megawatts de capacidade de gerao elica a vrios licitantes diferentes, inclusive Shell Oil, e em maio, um relatrio de Beijing informava que a China planejava desenvolver at 2.500 megawatts de gerao elica at 2005.

    Nos Estados Unidos a capacidade de gerao elica est aumentando aceleradamente, o Projeto Elico Stateline de 300 megawatts, em construo na divisa entre os estados de Oregon e Washigton, ser a maior fazenda elica do mundo. O Texas adicionou cerca de 900 megawatts a vrios projetos, durante 2001. Em Dakota do Sul, Jim

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    Dehlsen, pioneiro no desenvolvimento da energia elica na Califrnia adquiriu direitos elicos em 222.000 acres de pastos de terras agrcolas no centro leste do estado.

    Ele pretende desenvolver uma gigantesca fazenda elica de 3.000 megawatts e transmitir a energia atravs de Iowa, abastecendo Illinois e outros estados do centro-oeste industrial.

    Na Europa, projetos marinhos j esto surgindo no litoral da Blgica, Dinamarca, Frana, Alemanha, Irlanda, Holanda, Esccia, Sucia e Reino Unido.

    Um levantamento entre aproximadamente 70 empreendedores elicos na Alemanha revela que pretendem instalar 2.500 megawatts de capacidade em 2002 e um volume semelhante em 2003.

    Projetar o crescimento futuro num setor to dinmico complicado, mas logo que um pas desenvolve 100 megawatts de capacidade de gerao elica, ele tende a desenvolver rapidamente seus recursos elicos. Os Estados Unidos transpuseram este limiar em 1983. Na Dinamarca, isto ocorreu em 1987. Na Alemanha, em 1919, seguido da ndia em 1994 e Espanha em 1995.

    No final de 1999, Canad, China, Itlia, Holanda, Sucia e o Reino Unido haviam transposto este limiar. Durante 2000, a Grcia, Irlanda e Portugal se incluram na lista. E em 2001, foi a vez da Frana e do Japo.

    4.1.3. A Energia Elica no Brasil

    A Ilha de Fernando de Noronha um dos locais onde no s os aspectos econmicos (alto custo da gerao pelo diesel) como tambm os de natureza ecolgica, contribuem positivamente para a gerao de energia a partir do vento.

    A turbina em funcionamento desde julho de 1992 tem potncia nominal de 75 Kw, dimetro do rotor de 17m (3 ps) e uma torre de 23 m de altura.

    O projeto do sistema hbrido elico/diesel da Ilha de Fernando de Noronha foi desenvolvido pelo Grupo de Energia Elica da UFPE e FOLKECENTER (Dinamarca) visando proporcionar uma economia de diesel na ordem de 70.000 litros anuais.

    Os ventos quase incessantes de todo o litoral brasileiro, at agora aproveitados apenas para bombear gua, em cataventos rsticos, passaro a ser usados para gerar energia eltrica. As pesquisas nessa rea vm sendo realizadas pelo Centro Brasileiro de

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    Testes de Turbinas Elicas (CBTTE), ligado Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Estima-se que at 2005 o pas deva ter 1.600 turbinas elicas.

    A energia elica atraente por no causar danos ambientais, e ter custo de produo baixo em relao a outras fontes alternativas de energia.

    Se existe uma fonte de energia realmente barata e abundante em todo o planeta, esta energia , sem dvida nenhuma, a que se esconde nas massas de ar que compem os ventos.

    Captada diretamente da natureza esta modalidade de energia tem servido o homem destes tempos remotos, formando, ao lado da energia gerada pela combusto de materiais orgnicos, um dos principais fatores que possibilitaram ao homem o domnio total do planeta. Neste ponto, fcil verificar que foi graas energia gerada pelos ventos que as grandes navegaes puderam acrescentar novos mundos aos j existentes, alargando as fronteiras da terra e inaugurando os tempos modernos.

    Dando um salto no tempo e aps a queima de muitos milhes de toneladas de combustveis fsseis, o homem chega ao limiar do terceiro milnio com duas certezas e muitas dvidas: a primeira certeza de que o fim dos combustveis fsseis certo, bastando para isto que as reservas naturais se esgotem e que o prprio planeta d sinais de esgotamento em sua capacidade de absorver toda a poluio gerada pela queima destes combustveis.

    Pesquisadores americanos que trabalham com o assunto afirmam que a energia elica pode competir com vantagens com o carvo, sendo que a adoo deste tipo de energia depende muito mais de vontade poltica do que de outro empecilho qualquer.

    Mark Jacobson e Gilbert Master tm afirmado que se computados os custos ambientais da queima de carvo, a instalao de moinhos de ventos poderia sair at pela metade do preo.

    Apontados como os viles pelo aquecimento global, os combustveis fsseis tem seus dias contados, apesar da presso que os Estados Unidos vm fazendo em seu favor. Examinando de perto a competio que vem sendo travada entre os combustveis fsseis e os gerados pelo sol ou pelo vento, verifica-se que com o incremento da tecnologia e com o surgimento de novos geradores, esta distncia vai se encurtando a cada ano.

    Um novo tipo de turbina grande, j no mercado, pode gerar 1.500 KWh a um custo de 4 centavos de dlar por KWh, contra 5,5 de centavos de dlar para a energia gerada a partir do carvo.

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    Naquele pas, onde a energia elica j corresponde a 0,1% do total produzido, o governo pretende investir bilhes de dlares nos prximos anos na instalao de novos e grandes parques geradores de energia elica.

    Esta corrida pode ser explicada, em parte, pela presso mundial a partir do chamado Protocolo de Kyoto, em que os pases, excluindo os EUA, se comprometeram a reduzir em 7% os nveis de emisses dos gases-estufa, em relao aos nveis de 1990.

    No Brasil, que ainda ensaia os primeiros passos nesta rea, medies dos ventos realizadas h pouco tempo demonstram que o Pas possui um potencial enorme a ser explorado nos prximos anos. Sabedores deste potencial, principalmente depois dos recentes apages acontecidos em todo o territrio, empresas de todo o mundo e do Brasil tambm, esto de olho neste novo setor de investimentos.

    Somente para o Nordeste, onde ocorrem os maiores volumes de ventos a empresa espanhola Energias Renovveis do Brasil ENERBRASIL - planeja investir cerca de 2 bilhes de dlares num parque elico com capacidade de gerar 1 mil Mw, sendo projetado tambm um parque industrial para a fabricao de geradores. Este e outros projetos j foram apresentados aos governos do Rio Grande do Norte, Pernambuco e Bahia. Somente no RN h uma estimativa de produo de 1 mil Mw nos prximos cinco anos.

    Esta empresa ir se encarregar da implantao, operao e manuteno de projetos de gerao de energia elica, bastando para tanto, que o governo brasileiro crie as condies necessrias para o empreendimento. O custo ainda alto. O custo da energia gerada de forma convencional gira em torno de R$ 75,00 por MW/h, enquanto no sistema elico este custo sobe para R$ 120,00.

    Tcnicos esclarecem que em alguns pases da Europa e dos Estados Unidos, existe uma certa viabilidade j que as distribuidoras so obrigadas a comprar a energia elica e esta diferena absorvida por todo o sistema. No Brasil falta o estabelecimento de uma legislao especfica. Do lado da viabilidade destes projetos est o fato de que existe velocidade quanto implantao deste tipo de negcio, sem falar da minimizao dos riscos ambientais envolvidos.

    Outro aspecto interessante que este projeto inclui tambm a instalao de uma fbrica de aerogeradores, com a finalidade de atender demanda e reduzir os custos de importao. Pelo alto potencial de gerao deste tipo de energia, o Nordeste parece o stio ideal para esta empreitada.

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    De olho neste negcio, polticos da regio j comearam a se articular para atrair estes empreendimentos e seus capitais para o Nordeste.

    Recentemente o deputado Clementino Coelho do PPS de Pernambuco apresentou projeto de lei (n. 4.673/01) criando o Programa Prioritrio de Desenvolvimento da Energia Elica do Nordeste PRODEENE.

    O Objetivo deste projeto de lei buscar alternativas na gerao de energia eltrica, no caso elica, para regio. Para tanto, so considerados participantes do PRODEENE empreendimentos destinados produo de energia eltrica por meio de turbinas elicas em Alagoas, Bahia, Cear, Maranho, Paraba, Pernambuco, Piau, Rio Grande do Norte e Sergipe.

    Estes Estados ficariam isentos do recolhimento de impostos federais sobre despesas realizadas pelos projetos de prospeco e identificao das reas de potencial elico. Pelo projeto estes Estados ficariam isentos tambm do IPI por cinco anos para as peas e equipamentos utilizados na fabricao de turbinas elicas e na construo das centrais.

    A transmisso desta energia gerada seria feita pelas redes j existentes at o ano de 2004, quando sero construdas novas redes. O projeto obriga, ainda, que as distribuidoras comprem a energia gerada, do mesmo modo como feito hoje nos EUA.

    Feitos estes e outros ajustes, a energia elica poder se constituir numa sada para uma regio to carente de recursos hdricos.

    4.1.4. O Vento e a Energia Elica

    O vento o ar em movimento devido ao aquecimento desigual da superfcie da terra pelo sol. A terra e seu envelope de ar, a atmosfera, recebe mais calor solar prximo ao Equador do que nas regies polares. Mesmo assim, as regies equatoriais no ficam mais quentes a cada ano, nem as polares ficam mais frias. o movimento do ar ao redor da terra que ameniza a temperatura extrema e produz ventos na superfcie to teis para a gerao de energia.

    Como todos os gases, o ar se expande ou aumenta de volume quando aquecido, e contrai e diminui de volume, quando resfriado. Na atmosfera o ar quente mais leve e menos denso do que o ar frio e se eleva a altas altitudes, quando fortemente aquecido pelo sol. O ar aquecido prximo ao Equador flui para cima, e ento, na direo dos plos onde o ar prximo superfcie mais frio. As regies terrestres prximas aos plos agora tm mais ar, pressionando-as, e o ar da superfcie mais fria tende a desligar dessas reas e movimenta-se na direo do Equador.

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    O resultado o vento. Esta fora pode criar o sopro de uma ventania rtica, ou, ainda, a pavorosa fria de um ciclone de 800 km por hora. Embora imprevisvel e inconstante, mesmo assim o vento tem sido importante fonte de energia para o homem. Durante sculos o vento impeliu navios a vela e moveu moinhos.

    Muita energia est sendo constantemente transferida do sol, dos ventos da terra, no entanto, apenas ventos das camadas atmosfricas mais baixas so acessveis para a converso de sua energia.

    A fora motora primria da brisa do mar a diferena de temperatura entre a terra e o mar. Quando essa diferena grande e diurna, podem ser esperadas brisas marinhas relativamente fortes durante as horas da tarde e no comeo da noite. As brisas marinhas mais intensas so encontradas naquelas regies subtropicais secas, ao longo da costa oeste de continentes onde haja um oceano frio. precisamente nessas regies que o vento predominante geralmente fraco e a brisa marinha local na verdade quase a nica fonte de energia elica por grande parte do ano.

    A topografia, ou caractersticas fsicas do solo, pode influenciar fortemente as caractersticas do vento. As montanhas impedem a passagem uniforme dos ventos, o ar canalizado ao seu redor ou atravs das aberturas freqentemente aumenta os ventos fortes locais, ideais para geradores de energia elica.

    A quantidade de energia disponvel no vento varia de acordo com as estaes e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo tambm tm grande influncia na distribuio de freqncia de ocorrncia de velocidade do vento em um local. Alm disso, a quantidade de energia elica extravel numa regio depende das caractersticas de desempenho, altura de operao e espaamento horizontal dos sistemas de converso de energia elica instalados.

    Diferenciao dos tipos de vento em todo o Brasil

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    4.1.5. Converso de Energia Elica

    Um aerogerador consiste num gerador eltrico movido por uma hlice, que por sua vez movida pela fora do vento. A hlice pode ser vista como um motor a vento, cujo nico combustvel o vento.

    A quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro fatores: da quantidade de vento que passa pela hlice, do dimetro da hlice, a dimenso do gerador e o rendimento de todo o sistema.

    As turbinas so, em princpio, instrumentos razoavelmente simples. O gerador ligado por um conjunto acionador a um rotor constitudo de um cubo e duas ou trs ps. O vento aciona o rotor que faz girar o gerador e produz eletricidade.

    4.1.6. Moinhos de Vento

    Os moinhos de vento foram inventados na Prsia no sculo V. Eles eram usados para bombear gua para irrigao. Os mecanismos bsicos de um moinho de vento no mudaram desde ento: o vento atinge uma hlice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade.

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    As hlices de uma turbina de vento so diferentes das lminas dos antigos moinhos porque so mais aerodinmicas e eficientes. As hlices tem o formato de asas de avies e usam a mesma aerodinmica. As hlices em movimento ativam um eixo que est ligado caixa de mudana. Por uma srie de engrenagens a velocidade do eixo de rotao aumenta. O eixo de rotao est conectado ao gerador de eletricidade que com a rotao em alta velocidade gera energia eltrica.

    4.1.7. Tipos de Turbinas Elicas

    Turbinas elicas de eixo horizontal: podem ser de uma, duas, trs, quatro ps ou multips. A de uma p requer um contrapeso para eliminar a vibrao. As de duas ps so mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de trs ps. As de trs ps, no entanto, distribuem as tenses melhor quando a mquina gira durante as mudanas de direo do vento. As multips no so muito usadas, pois so menos eficientes.

    Turbinas elicas do eixo vertical: no so muito usadas, pois o aproveitamento do

    vento menor. As mais comuns so trs: SAVONIUS, DARRIEUS E MOLINETE. A potncia mxima extrada de uma turbina elica :

    Pmax. = 16/27. 1/2 . P.a.v. < 0,593

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    Onde: P = densidade do ar (tabelado) a= rea correspondente ao dimetro da rea varrida pelas ps V= velocidade do vento

    A potncia mxima no ultrapassa 59,3% de eficincia. Este valor tambm chamado de limite de BETZ e j foi provado cientificamente.

    4.1.8. A Energia Elica no Mundo Curiosidades

    Exemplo de alguns aerogeradores construdos:

    1890 -1910 - Dinamarca - 23m de dimetro - 3 ps 200 kw 1931 - Rssia - 30m de dimetro - 3 ps 100 kw 1941 - Estados Unidos - 54m de dimetro -2 ps - 1.250 kw 1959 - Alemanha - 34m de dimetro - 2 ps 100 kw 1978 - Estados Unidos (NASA) - 50m de dimetro - 2 ps 200 kw 1979 - Boeng USA -100m 1980 - Growian (Alemanha) - 100m de dimetro 3 mw

    4.1.9. A Fora do Vento

    Moenda de Milho:

    Como a maioria dos moinhos europeus possui ps verticais, elas giram medida que parte do movimento horizontal do vento transformada em movimento de rotao das ps. Este movimento transferido por engrenagens e polias para uma pedra de moenda, que tritura os gros. Para aproveitar ao mximo a energia do vento, a cobertura do moinho gira automaticamente para ficar de frente para o vento, toda vez que ele muda de direo. Barcos vela:

    A maioria dos barcos vela modernos tm velas triangulares que podem ser manobradas para captar o mximo da energia do vento.

    Os barcos egpcios, de cerca de 1300 a.C., usavam velas quadradas que s podiam aproveitar com eficcia a energia do vento quando este vinha por trs. Por volta de 200 A.C., os navios do mediterrneo usavam velas que podiam ser manobradas, aproveitando a energia do vento, mesmo quando ele no soprava por trs delas.

    A fora do vento de grande importncia em lugares sujeitos a inundaes, como a Holanda, onde tem sido usada para drenar a terra.

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    4.1.10. Vantagens da Energia Elica

    uma fonte de energia segura e renovvel; No polui; Suas instalaes so mveis, e quando retirada, pode-se refazer toda a rea utilizada; Tempo rpido de construo (menos de 6 meses); Recurso autnomo e econmico; Cria-se mais emprego.

    4.1.11. Desvantagens da Energia Elica

    Impacto visual: sua instalao gera uma grande modificao da paisagem; Impacto sobre as aves do local: principalmente pelo choque delas nas ps, efeitos

    desconhecidos sobre a modificao de seus comportamentos habituais de migrao; Impacto sonoro: o som do vento batendo nas ps produz um rudo constante (43 dB - A).

    As casas do local devero estar, pelo menos, a 200m de distncia.

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    4.1.12. Curiosidades

    Principais Pases por Capacidade Elica Instalada

    PAS MW

    PAS MW 1

    Alemanha 8.965 9 China 399 2

    Estados Unidos 4.258 10 Japo 300 3

    Espanha 3.335 11 Grcia 272 4

    Dinamarca 2.417 12 Sucia 264 5

    ndia 1.507 13 Canada 207 6

    Itlia 700 14 Portugal 127 7

    Holanda 497 15 Irlanda 125 8

    Reino Unido 493 16 Egito 125

    Total na Europa: 17.000 Mw Total no Mundo: 25.000 Mw

    4.1.13. Concluses

    Conclumos neste trabalho, que o vento constitui uma imensa fonte de energia natural a partir da qual possvel produzir grandes quantidades de energia eltrica. Alm de ser uma fonte de energia inesgotvel, a energia elica est longe de ser causadora de problemas ambientais.

    O interesse pela energia elica aumentou nos ltimos anos, principalmente depois do disparo do preo do petrleo.

    O custo de geradores elicos tem um preo elevado, mas o vento uma fonte inesgotvel enquanto o petrleo no. Em um pas subdesenvolvido como o Brasil, onde quem governa so os empresrios, no h o interesse de gastar dinheiro em uma nova fonte de energia, eles preferem continuar usando o petrleo.

    Considerando o grande potencial elico de vrias regies do Brasil, seria possvel produzir eletricidade a partir do vento a um custo de gerao inferior a US$50/mkw.

    Existem, atualmente mais de 20.000 turbinas elicas em operao no mundo, produzindo mais de 2 bilhes de kwh anualmente.

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    4.2. Energia Solar

    4.2.1. Sol: A Fonte Inesgotvel de Energia

    Toda a vida na Terra depende da energia do Sol. A energia solar a fonte de energia para a fotossntese. Prov o calor necessrio para plantas e animais sobreviverem. O calor do sol faz a gua na superfcie da Terra evaporar e formar nuvens que, eventualmente, originam as chuvas.

    Um processo fascinante acontece diariamente no espao. Dentro do sol, massa convertida diretamente em energia pelo processo de fuso nuclear, onde quantidades pequenas de massa geram uma quantidade enorme de energia. Este potencial ilustrado pela famosa lei de Einstein E = mc2, onde E a quantidade de energia criada, m a massa da matria destruda e c uma constante de valor 300.000km/h - a velocidade de luz.

    De fato, o sol gera uma massiva quantidade de 3.94 x 1023 kW todo o dia, alcanando temperaturas de 5.700o Celsius. Essa energia irradiada e leva aproximadamente 8 minutos para cobrir seus 129 milhes de quilmetros de jornada at nos alcanar aqui na Terra. A energia total que atinge a superfcie da Terra de aproximadamente 80.000 x 1012 W, o que corresponde 10.000 vezes a demanda de energia global atual.

    Embora a energia solar seja a maior fonte de energia recebida pela Terra, sua intensidade na superfcie da Terra na verdade muito baixa, devido grande distncia entre a Terra e o sol e ao fato de que a atmosfera da Terra absorve e difunde parte da radiao. At mesmo em um dia claro a energia que alcana a superfcie da Terra de apenas 70% do seu valor nominal. Sua intensidade varia de acordo com a regio do planeta, com a condio do tempo e com o horrio do dia.

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    A explorao de combustveis fsseis baratos fez da explorao solar uma coisa muito complicada para se preocupar, at que o preo do petrleo comeou a subir, comandado, principalmente pelos pases da OPEP nos anos setenta.

    Existem trs tecnologias diferentes empregadas para capturar a energia solar, assim distribudas:

    4.2.2. Solar Trmica: Usando Energia Solar para Aquecer Lquidos.

    4.2.3. O Efeito Fotovoltaico: A Eletricidade Gerada pela Luz Solar

    4.2.4. Solar Passiva: O Aquecimento de Ambientes pelo Design Consciente de suas Construes.

    Usar construes para coletar o calor do sol era uma tcnica aplicada desde a Grcia antiga. Formas de arquitetura solar tambm foram

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    desenvolvidas pela arquitetura muulmana, que usaram o (1minaretes de mesquitas) como chamins solares.

    Hoje, a tecnologia de energia solar passiva a que est sendo mais comercialmente desenvolvida, entre todas as tecnologias solares, e compete muito bem em condies de custo com as fontes de energia convencionais.

    Pode prover at 70% da energia de que um edifcio precisa, atravs de um design adequado e uma orientao solar correta; o aumento no custo mnimo. Janelas de vidro grandes tiram proveito de grandes quantias de energia livre.

    O calor excessivo evitado usando sacada ou plantando rvores - reduzindo a incidncia solar direta durante o vero, mas deixando a luz entrar o inverno quando o sol baixo e as folhas caem. Este tipo de energia no difundida no Brasil porque o clima aqui predominantemente quente.

    4.2.5. O Sol Transformado em Eletricidade

    Utilizadas, a princpio nos satlites, as clulas de energia fotovoltaica desceram Terra e fazem a luz do dia virar eletricidade.

    Transformar a luz do Sol diretamente em energia eltrica parece enredo de fico cientfica. Mas desde que um satlite americano, lanado em 1959 foi assim alimentado, a energia fotovoltaica deixou de ser sonho futurista. Hoje, a forma mais banal de energia fotovoltaica se encontra nos relgios e calculadoras solares.

    A aplicao mais importante, porm, fornecer energia em lugares isolados, distantes das redes eltricas, o que a longo prazo pode significar uma soluo para pases subdesenvolvidos.

    1

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    A converso da luz em eletricidade feita pelas clulas fotovoltaicas, pequenas lminas delgadas recobertas por uma camada de dcimos de milmetro de um material semicondutor, como o silcio. Quando as clulas so expostas a uma fonte de luz, nesse caso o sol, os ftons (partculas de luz) excitam os eltrons do semicondutor.

    Com a energia absorvida dos ftons, os eltrons passam para a banda de conduo do tomo e criam corrente eltrica. As clulas so depois agrupadas para formar os painis solares.

    Essa forma de produzir energia no causa danos ao meio ambiente, no polui e normalmente no precisa de movimentos de mquinas para funcionar. Nem por isso a soluo para todos os problemas energticos do mundo.

    A energia fotovoltaica ainda mais cara do que a proveniente de petrleo, usinas nucleares ou hidroeltricas. Foi s a partir da primeira grande crise do petrleo, no comeo da dcada de 70, que a idia de se usar tal energia comercialmente ganhou corpo.

    Naquela poca, a produo de energia fotovoltaica custava, nos Estados Unidos, 60 dlares por quilowatt/hora. Com o desenvolvimento em laboratrios e o aumento da produo, hoje custa cerca de 30 centavos de dlar por quilowatt/hora, e mesmo assim o preo cinco vezes superior ao das formas de energia convencionais.

    Por isso, no se pensa em substituir usinas por painis solares, fazendo o mundo todo viver luz do sol.

    A energia fotovoltaica simplesmente apresenta melhores solues para problemas que as outras fontes de energia foram menos eficientes em resolver.

    A maior utilizao em larga escala acontece na Califrnia, Estados Unidos, onde foram implantadas centrais eltricas fotovoltaicas pioneiras de grande porte.

    Compostas por gigantescos painis com milhares de clulas, controlados por computador para acompanhar a trajetria do Sol, tal qual girassis, elas do suporte rede pblica fornecendo mensalmente centenas de megawatts.

    Os painis solares cobrem o aumento de consumo justamente ao meio-dia, quando o sol mais intenso e a demanda de eletricidade aumenta, porque os aparelhos de ar condicionado funcionam com potncia mxima.

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    Para substituir toda a produo de energia eltrica dos Estados Unidos por fontes de origem fotovoltaica, seria preciso um painel solar de 34 000 km2, ou 0,37% da rea total do pas.

    Na costa americana, existem hoje mais de 11.000 sinalizadores martimos alimentados por energia fotovoltaica. As vantagens so evidentes: antes, eram substitudos aproximadamente 200 quilogramas de baterias por ano; com as clulas solares suficiente trocar apenas 30 quilogramas de bateria a cada cinco anos.

    J em pases subdesenvolvidos e escassamente povoados, a energia fotovoltaica a melhor maneira de fazer chegar eletricidade em lugares distantes. Hoje j existem, inclusive no Brasil, estaes retransmissoras das redes de telecomunicaes em locais no meio do mato e de difcil acesso, dotadas de clulas fotovoltaicas, para a produo da eletricidade necessria.

    uma soluo economicamente mais vivel do que estender at l a linha de uma rede hidroeltrica. Na ndia, um projeto levou a 700 vilarejos distantes de grandes centros a energia fotovoltaica, que permite aos povoados ter uma televiso comunitria, bombeamento de gua, iluminao pblica e postos telefnicos.

    No mbito domstico, com painis fotovoltaicos e baterias recarregveis, possvel contar com energia eltrica durante as 24 horas do dia, em qualquer parte do mundo. Para eletrificar uma casa de campo ou uma fazenda, no necessrio estender a rede eltrica, depender de gigantescas baterias ou do funcionamento de um gerador a diesel.

    Pode-se obter um equipamento completo de energia fotovoltaica para alimentar, silenciosamente e sem necessidade de manuteno, a iluminao, a geladeira, a TV e o sistema de radioamador. noite, quando o sol no brilha, a energia vem de uma bateria que foi sendo carregada durante o dia.

    A fabricao de clulas solares parecida com a produo dos chips de computadores, baseada em materiais semicondutores. Depois de purificado, o silcio fundido num cristal cilndrico.

    Depois, esse cristal ser cortado por uma serra de dentes de diamante em fatias muito finas. Essas lminas passam por etapas de limpeza e recozimento em fornos de alta temperatura, quando se difunde fsforo sobre elas.

    A reunio de uma camada contaminada com fsforo ao silcio puro constitui a juno semicondutora responsvel pelo funcionamento da clula fotovoltaica. No princpio dos anos

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    80, a matria-prima das clulas fotovoltaicas, o carssimo silcio monocristalino, tinha grau de eficincia de 10%.

    Ou seja, de toda a luz do sol que incidia sobre a clula, apenas 10% viravam energia eltrica. Na fabricao em escala industrial, esse ndice subiu para 15%. Um silcio monocristalino um cristal perfeito, com seus elementos dispostos de forma ordenada, como os apartamentos de um prdio. Custa caro porque muita energia gasta para produzi-lo.

    Existe tambm o silcio policristalino, mais barato, porque consome menos energia em sua produo, onde os gros so maiores e mais desorganizados, como se em lugar de um prdio houvesse um monte de casas sobrepostas. O policristalino ganha no fator custo, mas perde na eficincia, pois seu rendimento mximo obtido at hoje de 14%.

    Outro concorrente nessa disputa o silcio amorfo, desenvolvido em camadas no cristalinas. Diferentes das clulas solares, que tm o tamanho de um pires, os mdulos amorfos so compostos por camadas de milsimos de milmetro de espessura, depositadas, por meio de gases, sobre lminas de vidro ou de ao.

    No h limite para o tamanho das clulas de silcio amorfo: usinas automatizadas podem produzi-las em metros quadrados. As primeiras fbricas europias desses mdulos fotovoltaicos esto em Munique, na Alemanha. O silcio amorfo permite a fabricao de produtos sofisticados, como o teto solar, que refrigera automveis enquanto esto estacionados.

    As fachadas dos grandes edifcios de escritrios, com seus milhares de metros quadrados de vidro, so ideais para receber um revestimento de silcio amorfo. Assim, elas poderiam converter a luz do dia em eletricidade e atender parte da demanda energtica do edifcio.

    As clulas solares das calculadoras de bolso nada mais so que plaquinhas de silcio amorfo com um rendimento muito baixo, de apenas 3%. Esse justamente um dos problemas dessa tecnologia.

    O grau de eficincia alcanado at agora em clulas de grande dimenso de 5%, muito pouco para torn-lo comercialmente vivel em demandas energticas maiores do que uma calculadora.

    Outro problema conseguir no amorfo a mesma estabilidade do silcio mono ou policristalino, que mantm suas propriedades por vrios anos. Em laboratrio, a melhor

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    marca alcanada foi de 15,6% de rendimento, numa nova mistura de silcio com cobre, ndio e selnio.

    A idia que move as pesquisas e as aplicaes da energia fotovoltaica no substituir toda fonte de energia do mundo pela solar. Mesmo assim, os pesquisadores com olhos no futuro divisam grandes usinas fotovoltaicas instaladas em regies desrticas com grande insolao.

    A estocagem da eletricidade produzida se daria pela produo de hidrognio por eletrlise hidrognio que poderia se tornar, no prximo sculo, o principal combustvel utilizado pelo homem.

    A curto prazo, a energia fotovoltaica tem a vantagem de ser autnoma. Ela produzida e consumida no mesmo lugar, sem necessitar de ligao a redes de distribuio de energia. Uma residncia dotada de painis solares poderia at vender o possvel excesso de energia que produzisse.

    4.2.6. Luz para os Trpicos

    O Brasil dispe de energia fotovoltaica desde 1978, quando a Telebrs importou a tecnologia solar para eletrificar uma de suas estaes retransmissoras no interior de Gois. Nessa mesma poca, a Marinha tambm adotou o sistema para a eletrificao de seus sinalizadores e bias.

    A partir de 1980, com a criao da Heliodinmica, o Brasil no s passou a produzir clulas e painis solares, como tambm comeou a exportar clulas para pases como ndia, Canad, Alemanha e Estados Unidos.

    Um dos projetos pioneiros da Heliodinmica foi a criao de um sistema fotovoltaico de bombeamento de gua, implantado em Caic, no Rio Grande do Norte, em 1981. Os agricultores de uma fazenda no serto passaram a dispor de gua o ano todo para a lavoura.

    Ainda que lentamente, o sistema j chegou a outras localidades do Nordeste e at mesmo Ilha de Maraj, onde alm de irrigar a terra, abastece bebedouros para o consumo do gado. No Pantanal Mato-grossense, muitas fazendas esto equipadas com clulas solares.

    S que, nesses lugares, elas alimentam sistemas de radiocomunicao, refrigerao, iluminao, televisores e recepo de sinais via satlite por antenas parablicas. uma opo bem mais barata a longo prazo do que fazer chegar at l a rede eltrica, ou mesmo fornecer energia com um gerador a diesel.

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    Mas o investimento inicial para a implantao dos painis ainda maior do que o exigido para a energia convencional, o que limita sua aplicao a projetos subsidiados pelo governo ou a particulares de alto poder aquisitivo.

    O Exrcito Brasileiro entrou na era da energia solar a partir de 1988, quando equipou com energia fotovoltaica dois pelotes na Amaznia, parte do projeto de ocupao militar das fronteiras, conhecido como Calha Norte.

    Os sistemas suprem os acampamentos com energia eltrica para iluminao externa de emergncia, refrigeradores, radiocomunicao e recepo de televiso via satlite. At em alto mar a energia fotovoltaica j viajou.

    Quando o navegador Amyr Klink cruzou o Atlntico, seu barco a remo, Paraty, levava um painel de clulas fotovoltaicas para alimentar o radiocomunicador.

    Embora todo o pas tenha um clima propcio ao uso da energia fotovoltaica, a Regio Nordeste a que melhor se adapta a sua aplicao, por ter muito sol brilhando e deficincia de energia instalada.

    4.2.7. O Calor do Sol

    Circuitos trmicos solares usam os raios do sol para aquecer um lquido ou um slido, que ento so usados em sistemas de transferncia de calor para gerar vapor, fazendo girar um gerador. Os materiais aquecidos podem ser usados para operar uma mquina diretamente. H dois tipos principais de sistemas trmicos solares:

    Coletores Flat-Plate

    Coletores Flat-Plate: Os coletores Flat-Plate mais comuns consistem em um prato de metal escuro, coberto com uma ou duas folhas de vidro que absorvem calor. O calor transferido para o ar ou para gua, que fluem pela parte de trs do prato. Este calor pode ser

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    usado diretamente ou pode ser transferido para outro meio. Coletores Flat-Plate so usados em casa e para aquecer gua. Esses coletores tipicamente aquecem os fluidos (gua ou ar, por exemplo) a temperaturas que variam de 150o a 200o F (66o a 93o C). A eficincia de tais coletores varia de 20% a 80%.

    Coletores Concentradores

    Coletores Concentradores: Quando so requeridas temperaturas mais altas, um coletor Concentrador usado. Estes coletores refletem e concentram luz solar de uma rea grande. Tal dispositivo, chamado de forno solar, foi instalado no Pyrenees na Frana e tem vrios acres de espelhos enfocados em um nico ponto. A energia que se concentra no ponto 3 000 vezes maior que qualquer espelho do sistema, e a unidade produz temperaturas de at 3 630o F (2 000o C). Outra estrutura, chamada "Power Tower" perto de Barstow, Califrnia, gera 10 000 quilowatts de eletricidade.

    Aqui, o forno age como uma caldeira e gera vapor para uma turbina-eltrica a vapor.

    Em coletores concentradores sofisticados, como na Califrnia, cada espelho girado por um heliostat que dirige os raios do sol do espelho para o ponto de concentrao. Motores de posicionamento e seus controladores fazem de tais sistemas caros.

    Coletores menos caros produzem temperaturas abaixo das que esses coletores concentradores mais avanados, mas ainda assim mais altas que a dos Flat-Plate. Por exemplo, refletores parablicos que se concentram a luz solar em tubos de cano escuros podem produzir temperaturas fluidas de cerca de 400o a 550o F (200o a 290o C) e podem concentrar a energia solar em at 50 vezes a sua fora original.

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    4.2.8. Vantagens da Energia Solar

    O calor apanhado nos coletores pode ser usado para numerosas necessidades. Pode-se obter gua quente para consumo domstico ou industrial, ou aquecimento para nossas casas, hotis, escolas, etc. Pode aquecer piscinas e permitir o banho durante todo o ano.

    Dentro da agricultura, os secadores trmicos consome muito menos energia se eles combinam com um sistema solar.

    Uma parte do milionsimo de energia solar que nosso pas recebe durante o ano (aproximadamente 15 trilhes de megawatts) poderia nos dar um suprimento de energia equivalente a 54% do petrleo nacional ou 2 vezes a energia obtida com o carvo mineral ou ainda 4 vezes a energia gerada no mesmo perodo por uma usina hidreltrica.

    As clulas solares, preparadas em painis solares, so considerados como a soluo ao problema da eletrificao rural, com vantagem sobre outras alternativas, os painis no contaminam, no produzem qualquer rudo, no consomem combustveis e no precisam de manuteno. Alm de trabalharem tambm em dias nublados, desde que eles capturem a luz que filtra pelas nuvens.

    Pode ser armazenado em acumuladores e ser usado horas noite e at mesmo injetar a eletricidade sobressalente rede geral. O preo das clulas solares continua diminuindo e comea sua produo em grande escala. muito provvel que a partir do sculo 21, uma boa parte da eletricidade consumida no mundo ter sua origem na converso de clulas fotovoltaicas.

    A energia solar pode ser completada perfeitamente com outra energia convencional, evitando assim a necessidade de sistemas grandes e caros.

    A energia solar incomparvel a qualquer outro sistema de energia convencional por tratar-se de uma fonte 100% natural, ecolgica, gratuita, inesgotvel e que no agride o meio ambiente.

    Para cada 1m de coletor solar instalado evita-se a inundao de 56 m de terras frteis, na construo de novas usinas hidreltricas.

    Para cada 1m2 de coletor solar instalado, permite-se economizar 55 kg de GLP/ano ou 66 litros de diesel/ano ou 215 Kg de lenha/ano.

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    Evita-se a construo de novas hidreltricas que resultam na perda da fauna e da flora tropical, inundao de terras que eram ou poderiam ser utilizadas para agricultura e pecuria, perda de patrimnio histrico/cultural e tambm na recolocao de famlias.

    4.2.9. Como obter a Energia Solar

    A energia solar obtida atravs de uma placa solar.

    Existem dois tipos: O primeiro utiliza a luz do sol apenas para aquecimento de gua. Consiste em uma superfcie escura que absorve a energia do sol e a transforma em calor.

    O segundo tipo converte a energia do sol diretamente em eletricidade.

    composta de clulas solares feitas de materiais semicondutores. So as chamadas clulas fotovoltaicas. Quando as partculas da luz solar (ftons) colidem com os tomos desses materiais, provocam o deslocamento dos eltrons, gerando uma corrente eltrica, usada para carregar uma bateria. Cada metro quadrado de coletor fornece 170 watts.

    A energia que vem do alto e os ftons (partculas de luz solar) se chocam com os tomos do material semicondutor que reveste a placa.

    Os choques deslocam os eltrons do semicondutor. e a energia gerada usada para carregar uma bateria.

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    4.2.10. Funcionamento da Energia Solar

    So chamadas de clulas fotovolticas as placas que captam de energia do Sol nossa principal fonte de energia, que despeja diariamente uma quantidade enorme de energia (1000 W/m2, o mesmo que 17 lmpadas de 60 W a cada m2).

    A clula fotovoltica tem uma estrutura bastante simples mas, com materiais ainda difceis de serem encontrados, ela formada basicamente por uma cobertura transparente para proteg-la dos efeitos erosivos, uma camada de cobertura anti-reflexiva para evitar que hajam raios refletidos e perda de raios solares

    Um contato em malha para arrecadar os eltrons que iro passar um semicondutor com uma carga grande de neutrons, um semicondutor com uma carga grande de prtons, uma juno entre os dois formada pelos mesmos semicondutores e um contato hmico.

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    4.2.11. Aquecimento de gua e Ambientes

    Sistemas de aquecimento de espaos podem ser ativos ou passivos.

    Sistemas passivos usam componentes de construo como cho, paredes e espaos onde se possa armazenar o calor adquirido do Sol.

    Na maioria das vezes, pequenos dutos so usados para distribuir o calor, mas equipamentos mecnicos e o uso de energia externa so mantidos em parte mnima.

    Em contraste, os sistemas ativos de aquecimento de espaos consistem em um dispositivo como os coletores em cima do telhado que coletam e distribuem o calor.

    Eles usam ar ou um lquido que aquecido nos coletores solares e ento transportados, por pequenos dispositivos eltricos, bombas ou por efeito termosifo, para armazenar.

    O calor solar armazenado em tanques de pedra para prover calor em dias que no existe luz suficiente.

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    4.2.12. Aquecimento Ativo

    Os sistemas de energia solar ativos usualmente so desenvolvidos para produzir de 40 a 80 porcento das necessidades anuais de aquecimento.

    Dados de sistemas instalados pelo programa do governo americano de demonstrao indicam que o sistema de aquecimento ativo so mais econmicos quando so desenvolvidos para suprir cerca de 50% das necessidades de uma casa.

    Isto porque sistemas grandes apenas seriam teis em dias mais frios, no resto do tempo, a energia seria desperdiada.

    O aquecimento no vindo do sistema de coletores solar tem que vir de um sistema de backup, que usualmente um aquecedor de queima, onde o usurio tem trs opes de combustvel, no qual seria escolhida a opo o mais econmica.

    Geralmente, os dutos do aquecimento solar e do sistema de backup so compartilhados.

    Os sistemas de coletores so geralmente montados em srie, no telhado ou na parede ao norte da casa.

    Os coletores devem ser montados em uma estrutura de suporte para coletores.

    Os coletores devem apontar para o Norte geogrfico e no o norte magntico, que mostrado pela bssola.

    Um desvio de 30 ou menos do Norte real no ir reduzir muito a performance do sistema.

    Os coletores devem ser colocados em um ngulo igual a sua latitude mais 15 graus.

    Entre 9 horas s 15 horas, os coletores recebem a maior radiao solar e no pode possuir sombras de rvores, montanhas, construes ou qualquer outro obstculo.

    A performance pode ser substancialmente reduzida mesmo se uma pequena rea do coletor tiver sombra.

    Sistemas de coletores de ar incluem coletores, dutos, bombas, controles e na maioria das vezes um sistema de armazenamento. Um sistema de aquecimento por ar pode aquecer o ar da casa sem que haja transformadores ou armazenamento de calor.

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    Por exemplo, o calor pode ser armazenado em uma caixa de pedras com cerca de 2,5 cm a 7,5 cm de dimetro.

    Qualquer abertura pode juntar sujeira ou deixar que bactrias cresam, o qual podem causar srios problemas de sade.

    Um sistema alternativo de armazenamento um transformador ar-para-gua, que armazena o excesso de energia em gua.

    Este transformador elimina os problemas de armazenamento em pedra e pode agir como um aquecedor de gua domstico.

    Quando o espao no estiver sendo aquecido deve-se mant-lo lacrado, sem nenhuma abertura.

    Sistemas de lquidos operam similarmente ao de ar, exceto que trabalha com lquido.

    Sistemas lquidos usualmente usam gua para armazenar o calor do Sol.

    Trs a cinco litros de gua so necessrios para cada p; quadrado do coletor. Os tanques so usados para armazenar a gua, geralmente de concreto, ao ou fibra

    de vidro.

    Os sistemas lquidos podem atingir 90F a 120F, j os tradicionais chegam 180F.

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    4.2.13. Casa Solar Eficiente

    A Casa Solar Eficiente constituda pr um mini-auditrio para trinta pessoas; uma sala de controle onde se encontram o sistema de controle de energia da casa (controladores de carga e inversor), sistema de aquisio de dados, sistema no invasivo de monitoraro de hbitos de consumo e softwares educativos; uma sala de eficincia energtica onde se encontram um painel de demonstrao de iluminao, um painel de medidores, medidor digital CEPEL, medidor de ampre-hora e maquete de simulao de consumo; uma cozinha com eletrodomsticos e bancada de medio de consumo destes eletrodomsticos, alm de sistema de simulao de corte de carga; um banheiro com gua aquecida por painel termosolar.

    Na sala de controle encontram-se o sistema de controle de energia do Controlador de Carga.

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    A energia gerada nos painis vai para o controlador de carga que ir "gerenciar" o fluxo de energia (armazena energia excedente ou solicita energia armazenada nas baterias, caso a energia gerada pelos painis num determinado instante no seja suficiente para atender ao consumo).

    Mesmo que haja energia gerada nos painis suficiente para atender ao consumo, a intervalos regulares o controlador de carga solicita energia das baterias para que sua vida til no seja comprometida por longos perodos de inatividade.

    Como as baterias esto sempre imveis caso no fossem solicitadas pelo controlador a decantao de seu fludo eletroltico poderia causar a acelerao do desgaste qumico das placas das baterias.

    O controlador evita tambm que a tenso nas baterias fique abaixo de um determinado nvel mnimo de segurana para a vida til das mesmas quando por alguma razo (excesso de consumo ou falta de sol), a carga das baterias no reposta pela energia gerada pelos painis.

    Os controladores de carga mais utilizados so do tipo estado slido microprocessador com rel de chaveamento das cargas. O custo de equipamento semelhante ao instalado na CSE da ordem de R$120,00.

    Casa (controladores de carga e inversor), o sistema de aquisio de dados, o sistema no invasivo de monitorao de hbitos de consumo e softwares educativos.

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    O inversor, independente da fonte escolhida pelo controlador (bateria ou painis), a tenso sempre contnua (CC).

    Os equipamentos da Casa (o mesmo acontece numa casa normal) devem ser alimentados por corrente alternada (CA) de 120 V.

    A converso de CC-48 V para CA-120 V feita pelo inversor. No caso da Casa Solar optou-se por um inversor nico para suprir toda a Casa com CA.

    Uma outra opo seria utilizar inversores menores distribudos por eletrodomsticos ou pontos de carga.

    Esta segunda opo tem como vantagem a possibilidade de evitar a indisponibilidade total de energia em caso de defeito num inversor.

    Com um inversor nico de maior porte, caso ocorra nele um defeito toda a casa ficar sem energia at que o mesmo seja substitudo ou consertado.

    O sistema distribudo tem como desvantagem, entretanto, a necessidade de utilizao de maior quantidade de fios de maior bitola, pois como a energia de CC opera em tenso mais baixa (48 V no caso contra 120 V CA), a corrente maior para uma mesma potncia transmitida.

    Os sistemas no invasivos de monitorao de hbitos de consumo, em estudos para a implantao de programas de combate ao desperdcio, um dado importante o conhecimento de hbitos de consumo da populao da regio onde se pretende implantar o programa.

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    Uma forma tradicional de se conhecer estes hbitos atravs de entrevistas com os consumidores, uma forma lenta, cara e muitas vezes incompleta, pois o consumidor nem sempre sabe, por exemplo, por quanto tempo, a que horas e com que freqncia ele utiliza um determinado eletrodomstico.

    O sistema no invasivo permite acumular com preciso dados sobre o consumo de uma determinada residncia atravs da instalao de um sistema na entrada de energia da residncia que consegue identificar que tipo de aparelho foi ligado ou desligado pela sua "assinatura eletrnica", um padro de modificao transitria de tenso e corrente em funo do tempo caracterstica de cada eletrodomstico.

    De posse dos dados aquisitados num determinado nmero de residncias, tcnicas estatsticas permitem traar o perfil dos hbitos de consumo para a regio em estudo.

    O sistema instalado na Casa tem uma tela de computador especialmente construda para demonstraes da operao do sistema.

    O painel de demonstrao de iluminao composto por lmpadas de diversos tipos e um medidor de energia.

    Ao ser ligada uma determinada lmpada o medidor mostra o seu consumo. Com este painel pode-se comparar o efeito da iluminao e o consumo de diferentes lmpadas. Uma demonstrao particularmente interessante a comparao de uma lmpada incandescente com uma lmpada compacta de mesma temperatura de cor.

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    Com cerca de 30% do consumo a lmpada compacta apresenta as mesmas caractersticas de luminosidade da incandescente, constatada visualmente pelo visitante.

    A maquete de simulao de consumo mostra uma casa com vrios eletrodomsticos simulados em seu interior. Atravs de chaves seleciona-se que eletrodomsticos tero seu funcionamento simulado.

    O consumo total dos eletrodomsticos selecionados mostrado num "display" digital. Atravs da simulao o visitante aprende quais os equipamentos de sua casa consomem maior energia.

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    4.3. Energia de Biomassa

    4.3.1. Histrico do Biogs

    A formao da biomassa tem origem com os povos agrcolas hindus, chineses e japoneses.

    Pela necessidade de limpar os solos das fazendas os agricultores faziam valas para depositar resto de frutas, dejetos humanos e de animais, gua suja, etc.

    Essas valas, aps a decomposio anaerbica da matria orgnica armazenada, transformavam-se em verdadeiros pntanos, que liberavam gases oriundos dessa decomposio .

    Por esse processo observou-se que a parte slida, chorume, poderia ser utilizado como fertilizante natural como soluo para a agricultura e a parte gasosa, resultante da fermentao por decomposio anaerbica da matria orgnica poderia ser utilizada como fonte de energia.

    A partir do domnio do processo o biodigestor foi criado para facilitar e acelerar a fermentao da matria orgnica e o Biogs, resultante dessa fermentao passou a ser considerado uma grande fonte de energia alternativa e no apenas um subproduto do processo, o que favorece imensamente a no utilizao de recursos naturais esgotveis.

    4.3.2. O que o Biogs

    Mistura gasosa, combustvel resultante da fermentao anaerbica da matria orgnica dentro de limites de temperatura, umidade e acidez, essencialmente constituda por metano (CH4) e dixido de carbono (CO2).

    4.3.3. Como se forma o Biogs

    Fermentao anaerbica produzida por algumas espcies de bactrias que produzem compostos simples como metano, dixido de carbono e gua.

    Por meio de uma cadeia de degradao promove a transformao da matria orgnica em compostos qumicos-orgnicos simples.

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    4.3.4. Fatores que influenciam a produo do Biogs

    1. Impermeabilidade do ar; 2. Temperatura; 3. Teor de gua 4. Nutrientes.

    4.3.5. Caractersticas e curiosidades sobre o Biogs

    1. Gs incolor e inodoro (se livre de impurezas) e insolvel em gua; 2. mais leve que o ar de baixa densidade; 3. O poder calorfico de aproximadamente 6 kwh/m3; 4. Produzido pela degradao de resduos orgnicos; 5. Fonte de energia renovvel e inesgotvel.

    4.3.6. Biodigestor

    um grande recipiente fechado dentro do qual os microorganismos se encarregam de provocar a decomposio anaerbica dos restos de matria orgnica.

    Funciona com mistura de gua, esterco animal e fibras vegetais como capim, cascas etc.

    Suas principais funes so garantir um meio anaerbico (sem oxignio), favorvel a biodigesto e, permitir a alimentao sistemtica da matria orgnica e armazenar o gs produzido.

    H dois tipos de sistema de biodigestores: contnuo e descontnuo.

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    A escolha do sistema depende das caractersticas do substrato, das necessidades de depurao, da disponibilidade de mo-de-obra e de condies de ordem econmica.

    4.3.7. Localizao do Biodigestor

    O local escolhido para implantao do biodigestor deve ser bastante arejado, tanto por motivo segurana, como para evitar odores.

    Deve ser evitada a incidncia direta da luz do sol.

    Em lugares muito frios deve ser providenciado uma cobertura para a cmara de fermentao.

    Tambm pode ser colocado sob o solo onde no existem variaes de temperatura.

    4.3.8. Biodigestor em Sistema Contnuo

    A matria orgnica introduzida na cmara de fermentao, com uma determinada taxa de diluio.

    Fornecimento contnuo de substrato.

    A produo de Biogs uniforme no tempo e a quantidade produzida em funo do tipo de matria orgnica utilizada.

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    4.3.9. Biodigestor em Sistema Descontnuo

    O funcionamento do sistema descontnuo no regular. A cmara de fermentao totalmente carregada periodicamente. Neste a temperatura um fator menos crtico.

    4.3.10. Exemplo de Sistema Descontnuo

    H duas partes distintas: cmara de fermentao e gasmetro

    Cmara de Fermentao: comporta a mistura do material orgnico com gua, formando um meio anaerbico, onde as bactrias metanognicas atuaro, resultando na produo do biogs.

    Peas da cmara de fermentao:

    Agitador: evita que o CO, produzido na biodigesto, forme bolhas estacionrias no afluente e dificulta a ao das bactrias metanognicas, diminuindo a velocidade do processo.

    Coroa: estreitamento da cmara na altura mdia que evita a perda do biogs pela folga entre as paredes externas do gasmetro e as paredes internas da cmara.

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    Tela de reteno de slidos: tem a funo de manter estes slidos abaixo da altura da coroa, ao alcance do agitador.

    Dreno para descarga: permitir a descarga do material orgnico.

    Gasmetro: tem funo de captar e armazenar o gs, permitindo ainda uma presso de sada constante. Pea agregada a torneira para controlar a sada do gs.

    4.3.11. Vantagens do Biogs

    Resduos

    Processo natural de se tratar resduos orgnicos.

    O volume do resduo a ser descartado sempre menor.

    O espao necessrio menor do que para aterros e compostagem.

    Energia

    Fonte de energia renovvel.

    Produz um combustvel de boa qualidade e que no polui o meio ambiente.

    Meio Ambiente

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    Grande aproveitamento de matria orgnica.

    Produz biofertilizante.

    Reduz a quantidade de emisso de carbono e metano.

    Economia

    O processo resulta em grande economia a longo prazo.

    Uso Residencial

    Substitui o gs de cozinha.

    No necessrio purific-lo.

    Os equipamentos revelam excelente desempenho.

    4.3.12. Utilizao do Biogs

    Um dos principais usos do biogs a gerao de energia a partir de dejetos de esgotos e de gs natural. Alm disso, o biogs substitui muito eficientemente os derivados de petrleo.

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    5. Bibliografia Consultas em fevereiro de 2004: http://www.windpower.dk http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/7075/eolic_cant.html http://www.afm.dtu.dk/wind/smep/nordic.htm http://www.nrel.gov/wind/index.html http://www.appa.es http://www.made.es Revista Registro de Gaveta UnB, 2000. Revista Energia UnB, 2000.