T
E O R I A (Referencial Físico
Matemático) |
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O gerador
elétrico de corrente direta (dínamo) e o gerador elétrico
de corrente alternada constituem os dispositivos fundamentais para
a produção da energia elétrica que consumimos
no dia na dia em nossas residências, escolas, indústrias,
etc.
O gerador elétrico
é o elemento capaz de transformar a energia mecânica
em energia elétrica e, portanto é o dispositivo fundamental
na operação das diferentes usinas geradoras de energia
elétrica no mundo.
Para a geração de energia elétrica as usinas
empregam diferentes fontes de energia primaria. Em correspondência
com a fonte primaria, existem diferentes tipos de usinas de geração
elétrica.
- Usinas hidrelétricas
- Usinas termelétricas
- Usinas nucleares
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1.
USINAS HIDRELÉTRICAS
Transformam a energia mecânica da vazão de água
de um rio, aproveitando a queda natural ou artificial da água,
em energia elétrica.
Como funciona usina hidrelétrica? |

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Toda a água
é contida atrás de uma barragem para aumentar a energia
potencial desta massa de água. Então, a água
é encaminhada a través de tubulações
para aproveitar a energia cinética da queda. O jato de água
(com elevada energia cinética) é dirigido até
as pás de uma turbina hidráulica, fazendo girar a
mesma. Finalmente, a turbina é acoplada a um gerador elétrico,
onde se transforma a energia mecânica da turbina em energia
elétrica.
Portanto, uma usina hidrelétrica funciona a partir do aproveitamento
da energia potencial da queda daquela massa de água que atravessa
a turbina, transformando-a em energia elétrica no gerador.
Se a usina aproveita o 100% da energia potencial gravitacional da
queda da água (não existindo perda na transformação
da energia potencial em energia elétrica), então a
potência produzida pela é dada por:
onde E pg é a energia potencial gravitacional e
Dt o período de tempo. Conhecendo
que a energia potencial gravitacional é:
onde m é a massa, g a aceleração do campo gravitacional
e h a altura da queda da água. Obtém-se
O quociente m/ Dt é a relação
entre a massa de água m que atravessa a turbina da usina
no intervalo de tempo Dt e conhecido
como vazão mássica, sendo análoga ao conceito
de vazão volumétrica.
1.1 Vantagens da geração
de energia elétrica em usinas hidrelétricas
A energia da água é
uma fonte renovável e gratuita. Assim, a geração
em usinas hidrelétricas é a forma de transformação
de energia que consegue gerar um quilowatt elétrico com o
menor custo.
Nas usinas hidrelétricas se gera energia sem queimar nenhum
tipo de combustível, que grande vantagem!
Outra grande vantagem da geração hidrelétrica
é o fato de não produzir poluição atmosférica,
pois não se lançam resíduos de nenhum tipo
à atmosfera.
1.2 Tipos de turbinas hidráulicas
As turbinas utilizadas nas usinas hidrelétricas para fazer
girar os geradores elétricos são de diferentes tipos.
Assim, existem turbinas:
- Tipo Pelton, formada por uma roda enorme de
aço com pás em forma concha que recebem o impacto
do jato da água é impulsionam o gerador elétrico.
São conhecidas como turbinas impulsão e podem trabalhar
girando horizontal ou verticalmente.

Ref: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Walchenseewerk_Pelton_120.jpg
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- Tipo Francis e tipo Kaplan. Estas são
turbinas de reação. Elas funcionam sobre eixos verticais
e sempre completamente submersas. As turbinas do tipo Francis
têm paletas curvas em espiral. As turbinas do tipo Kaplan
têm pás formadas por lâminas semelhantes a
uma hélice de navio, adaptáveis à quantidade
do fluxo da água.
Ref: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Francis_Turbine_High_flow.jpg |

Ref: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Walchenseewerk_Pelton_120.jpg |
1.3 Impactos ambientais das usinas
hidrelétricas
- Inundar imensas áreas requer a remoção
das pessoas.
a). Agricultores e tribos indígenas têm que abandonar
suas terras e, às vezes, populações de cidades
inteiras têm que se mudar.
b). A fauna e a flora também são prejudicadas, porque
mesmo que se removam os animais silvestres e as plantas nativas,
não há como assegurar que eles sobrevivam em iguais
condições no seu novo endereço.
- A construção de uma hidrelétrica atrai
para a região um número grande de trabalhadores
com suas famílias, que passam a morar próximo à
obra. Também, outras tantas pessoas para lá se mudam,
porque vêem ali a oportunidade de ganhar dinheiro - com
o comércio, a indústria e a prestação
de serviços àquela nova população.
Esse crescimento desordenado também traz outras conseqüências,
como o aumento de doenças transmissíveis, de acidentes,
de poluição, de conflitos e de crimes, sem contar
a ocupação irregular de terras às margens
da represa.
- Com a formação dos grandes lagos, o regime de
cheias do rio se altera e isso afeta o equilíbrio ecológico
na região. Algumas espécies se proliferam, enquanto
outras podem até mesmo se extinguir. Esse desequilíbrio
pode aumentar, por exemplo, a população de mosquitos
e de moluscos transmissores de doenças endêmicas,
como a malária e a esquistossomose.
- O enorme represamento de água pode alterar o meio de
vida das populações do entorno daquela bacia hidrográfica,
que normalmente têm atividades ligadas à água,
como o transporte hidroviário, a pesca e a irrigação,
por exemplo.
- A geração hidráulica depende do clima,
que não se pode controlar. Se chover demais, é necessário
abrir as comportas, para não correr o risco de rompimento
das barragens, e a conseqüência é a inundação
- rápida e inesperada - de cidades abaixo das usinas.
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2.
USINAS TERMELÉTRICAS
Transformam a energia química de um combustível fóssil
ou biomassa em energia elétrica. Na termelétrica se
produzem uma série de processos de transformação
da energia. |
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- Primeiro, se produz um processo de combustão do combustível.
Este processo tem lugar no forno do gerador de vapor, transformando-se
a energia química do combustível em energia térmica.
- A energia térmica liberada transfere-se para a água,
circulando dentro dos tubos do gerador de vapor, produzindo vapor
com alta pressão e temperatura.
- O vapor chega à turbina de vapor, entregando energia
às pás da turbina e fazendo-a girar. Na turbina
ocorre a transformação da energia térmica
do vapor em energia mecânica.
- A turbina é acoplada a um gerador elétrico, onde
se transforma a energia mecânica da turbina em energia elétrica.
A usina termelétrica funciona seguindo
um processo cíclico. Assim, o vapor de escape da turbina
é condensado, num condensador, por médio de água
ambiente de uma fonte natural (rio, lago ou mar). A água
obtida da condensação é bombeada para o gerador
de vapor, começando novamente o ciclo de trabalho.
2.1 Impactos ambientais das usinas
termelétricas As usinas
termelétricas são a forma mais utilizada para a geração
de energia elétrica no mundo. No ano 2000, aproximadamente
65% de toda a energia elétrica gerada no planeta foi obtida
através de usinas termelétricas (de carvão,
de petróleo ou de gás) e apenas 17,1% através
de usinas hidrelétricas.
As usinas termoelétricas são muito negativas para
o meio ambiente fundamentalmente por dois efeitos:
- A combustão de combustíveis fósseis em
ditas usinas produz enormes quantidades de gases de combustão,
principalmente dióxido de carbono (CO2). Os gases de combustão
são expulsos à atmosfera e constituem uma das principais
causas do efeito de aquecimento global do planeta.
- As termelétricas utilizam grandes volumes de água,
não só para a produção de vapor que
gira as turbinas, mas também para o seu resfriamento no
condensador. Boa parte da água se perde por evaporação
e o pior é o descarte da água quente, ao final do
processo de resfriamento. Como as usinas termelétricas
são instaladas nas proximidades dos grandes centros de
demanda de energia, geralmente situados em bacias hidrográficas
altamente urbanizadas e industrializadas, isto acarreta uma importante
redução na disponibilidade e na qualidade da água.
3. USINAS NUCLEARES
As usinas nucleares utilizam a energia dos núcleos
atômicos para sua transformação em energia elétrica.
O esquema de trabalho das usinas nucleares tem
muitas semelhanças com o esquema das usinas termelétricas.
Olhando a figura, onde se apresenta a central nuclear, observa-se
que o ciclo que percorre o vapor para transformar sua energia térmica
em energia elétrica é praticamente semelhante para
os dois tipos de usinas. Este circuito percorrido por a água
e conhecido como circuito secundário.
A grande diferença está na energia primaria para gerar
o vapor. Na usina nuclear se utiliza um reator nuclear, onde se
produz a liberação de energia nuclear. A energia liberada
no reator é transferida à água que circula
num circuito fechado (circuito primário). A água aquecida
no reator (a muito alta pressão) passa através do
gerador de vapor, onde transfere energia à água do
circuito secundário, gerando o vapor com o qual gira a turbina
e se gera a energia elétrica.
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No reator se produz a reação
de fissão de núcleos atômicos pesados. O material
mais empregado como combustível nuclear para instalações
energéticas é o urânio 235, U235 enriquecido.
Durante a fissão nuclear, o núcleo
do material pesado ao ser chocado por um nêutron se divide
em dois núcleos de materiais mais ligeiros, também
se produzem 2 ou 3 nêutrons livres e se libera uma grande
quantidade de energia. Os nêutrons livres chocam com outros
núcleos do material pesado e a reação continua.
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Para manter o controle da reação
no reator existem barras absorvedoras de nêutrons que evitam
o crescimento incontrolado do processo, o qual poderia conduzir a
uma catástrofe nuclear, como na central de Chernóbil.
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Ref: http://antoine.frostburg.edu/phys/invention/case_studies/disasters/chernobyl.html
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As quantidades de energia que podem
se obtiver através dos processos nucleares de fisão
são muito superiores às quantidades possíveis
de se obtiver com a combustão química da mesma massa
de combustível. 3.1
Impactos ambientais das usinas nucleares A
energia nuclear foi considerada nos anos 1960 do século passado
como uma fonte muito importante para a geração de
energia elétrica, pois ela constitui uma alternativa abundante
e de relativamente baixo custo para gerar eletricidade.
O grande problema da produção de eletricidade a partir
de energia nuclear é o elevado nível de radiatividade
existente nas diferentes fases do ciclo nuclear. Isto é,
existe perigo de contaminação nuclear desde a produção
do combustível nuclear até depois de utilizado no
reator.
Os resíduos nucleares extraídos do
reator possuem uma alta radiatividade e devem ser armazenados isolados
muito tempo para evitar escapes. O perigo de contaminação
radiativa é sempre latente.
Embora nas usinas nucleares existam sistemas de
controle e segurança muito sofisticados, a possibilidade
remota de um acidente nuclear é sempre uma catástrofe
de proporções enormes para o homem e o meio ambiente.
Finalmente, os combustíveis utilizados nas
usinas nucleares, urânio 235 y plutônio 239, são
também usados para a fabricação de armas nucleares.
Portanto, só o uso pacífico da energia nuclear pode
garantir seu aproveitamento sem que perigue a existência espécie
humana.
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REFERÊNCIAS
- VESTIBULAR é vestibulandoweb. Disponível em:
http://www.vestibulandoweb.com.br.
Acesso em: 19 jan. 2009.
- TABARES, R. H. et al. Eletrodinâmica: software
educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia
em Educação e Treinamento, 2005.
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