- História da descoberta da corrente eléctrica
A
História da electricidade tem seu início no século VI a.C., na Grécia Antiga,
quando o filósofo Thales de Mileto, ao esfregar um âmbar a um pedaço de
pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira
começaram a ser atraídos pelo próprio âmbar.
Do
âmbar (grego élektron) surgiu o nome electricidade. Tal observação iniciou o estudo de uma nova ciência derivada desse
atracão. Os estudos de Thales foram continuados por diversas personalidades.
Em
1600, William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, mostrou que o efeito
eléctrico não é exclusivo do âmbar, mas que muitas outras substâncias podem ser
carregadas electricamente ao serem esfregadas.
Em
1729 Stephen Gray observou que era capaz de transferir a carga eléctrica de um
bastão de vidro para uma bola de marfim pendurada por um barbante. Porém a
transferência de carga não ocorria se a bola era pendurada por um fio metálico.
Daí concluiu que o metal "levava embora" o fluido (carga). Gray
concluiu que a maior parte das substâncias podem ser classificadas de
condutoras ou isolantes. Os condutores, como por exemplo os metais e soluções
iónicas, permitem o fluxo livre do fluido, enquanto os isolantes, como por
exemplo a madeira, borracha, seda e vidro, não permitem o fluxo do fluido.
Em
1733Charles du Faye, propôs que existem dois tipos de cargas (negativas e
positivas) que são observáveis como "fluxos eléctricos", e que as
cargas com o mesmo sinal se repelem enquanto as cargas com sinais diferentes se
atraem (leis qualitativas de cargas eléctricas).
Por
volta de 1750 Benjamin Franklin propôs que um único tipo de fluido flui de um
corpo para o outro pela fricção, designando de positivamente carregado o corpo
que acumulou fluido e negativamente carregado o corpo que perdeu fluido.
Franklin realizou também a seguinte experiência: colocou duas pessoas, A e B,
sobre um pedestal coberto de graxa para evitar a perda de carga. Depois de
carregar um deles com o bastão de vidro e o outro com o pano de seda, observou
que um terceiro indivíduo, C, aproximando-se de qualquer um deles causava o
aparecimento de uma faísca. Contudo se A e B se tocavam, não havia faísca.
Franklin concluiu que as cargas armazenadas no bastão de vidro e na seda eram de
mesma amplitude mas de sinais opostos e propôs ainda que a carga nunca é criada
ou destruída, mas simplesmente transferida de um corpo para o outro. Hoje chamamos a esta propriedade de
Conservação da Carga.
Durante
todo o século XVIII uma série de experiências foram realizadas, mas as
observações eram meramente qualitativas. O primeiro passo importante na
quantificação das forças eléctricas foi dado pelo químico Joseph Priestley,
descobridor do oxigênio, em 1766. Poucos anos antes, Benjamin Franklin havia realizado
a seguinte experiência. Era conhecido que um copo metálico carregado era capaz
de atrair um pequeno corpo descarregado e que este corpo neutro se carregava
prontamente em contacto com a superfície externa do copo. Contudo, ao suspender
uma pequena esfera de cortiça no interior de um copo metálico tapado carregado,
constatou que não actuava nenhuma força sobre a cortiça. E ainda, colocando o
corpúsculo em contacto com a superfície interna do copo, ele não se carregava.
A
pedido de Franklin, Priestley confirmou tal resultado. A única força conhecida
à época era a força da gravidade, proporcional a 1/r2. Sabia- se
também que a força no centro de uma distribuição de massa na forma de uma
calota esférica seria nula.
Por
analogia Priestley propôs que a força eléctrica deveria ser proporcional a 1/r2.
Contudo, o trabalho definitivo sobre as forças eléctricas é creditado a Charles
Auguste Coulomb. Em 1785 Coulomb realizou o seguinte experimento. Ele carregou
com uma quantidade de carga Q uma pequena bola de seiva vegetal recoberta de
ouro. Tocando-a com uma outra bola idêntica, sabia que cada uma delas ficaria
com metade da carga (Q/2). Coulomb descobriu que, mantendo as cargas
constantes, a força é proporcional a 1/r2, enquanto que mantendo a distância fixa,
a força é proporcional ao produto das cargas. Ou seja:
F
= kqQ/r2
Durante
o século XVIII os conceitos de diferença de potencial e corrente elétrica foram
sendo desenvolvidos aos poucos. Contudo, um estudo mais sistemático da
correlação entre estas duas grandezas era dificultado por uma série de razões.
Uma das razões era a inexistência de uma fonte de corrente contínua.
Até
1800, a única forma para produzir uma corrente eléctrica era descarregar uma
garrafa de Leyden ("Leydenjarr") através de um condutor. Naturalmente
isto produzia apenas uma corrente transitória. Não se sabia também se o
condutor era apenas um caminho através do qual passa o "fluido" eléctrico
ou se exercia algum outro papel activo. Além disso não existiam instrumentos de
medidas de grandezas eléctricas. Os investigadores precisavam usar seu corpo,
língua e olhos como detectores.
Em
1780 Luigi Galvani, fisiologista italiano, descobriu a "electricidade
animal" e realizava experiências sobre os efeitos da descarga eléctrica
através de tecidos animais, usando geradores electrostáticos. Ele havia
dissecado um sapo e ocorreu de estar tocando num nervo com um bisturi quando um
gerador nas proximidades produziu uma descarga eléctrica. Isto fez com que os
músculos do sapo se contraíssem, mesmo sem haver contato elétrico entre o
gerador e o bisturi, ou seja, por indução, um fenômeno que era desconhecido a
Galvani.
Ao
invés de ater-se à indução, no entanto, Galvani resolveu usar esta descoberta
para outro fim. Ele observou que as pernas de um sapo pendurado por um nervo se
contraíam quando ocorria um relâmpago e decidiu tentar medir a eletricidade
existente com tempo bom e seco (fair-weatherfield), que era sabido existir. Ele
prendeu a espinha do sapo num gancho de latão e pendurou o sapo numa grade de
ferro. Quando nada ocorria por um bom tempo ele se impacientou e, enquanto
remexia no arranjo, inadvertidamente tocou o gancho na grade, quando começou a
observar uma série de contrações dos músculos do sapo.
O mesmo efeito foi observado quando o sapo foi
colocado sobre uma mesa de ferro e o gancho foi colocado em contato com a mesa.
Mais tarde ele descobriu que outros pares de metais, como por exemplo Cu e Zn,
eram também capazes de causar estas contrações. Ele publicou os resultados em
1791 e chamou o fenômeno de "eletricidade animal".
Alessandro
Volta, da Universidade de Pavia, repetiu os experimentos e inicialmente aceitou
a idéia da "eletricidade animal". Ele observou que quando duas tiras
de metal – como por exemplo, prata e zinco – eram unidas e as outras
extremidades eram colocadas em contato com a língua, uma sensação definida de
"gosto" era produzida. Volta, de fato, usou o gosto para classificar
as propriedades elétricas dos metais.
Em
1796 ele descobriu que placas de Cu e Zn ficam carregadas pelo mero contato dos
dois metais. Ele finalmente concluiu que o efeito dependia do uso de diferentes
metais e que o tecido animal funcionava apenas como um meio condutor entre os
dois. Numa tentativa de amplificar o efeito, empilhou vários discos de Zn e Cu,
mas não observou nenhum aumento do efeito.
A
capacidade de enguias eléctricas produzir choques eléctricos era conhecida
desde a época dos gregos. Volta sabia também que os órgãos eléctricos destes
animais possuíam uma estrutura laminar (de várias camadas) intercaladas por
fluido. Ele se valeu dessa evidência e separou os pares de discos de Zn e Cu
com papel ensopado por solução salina ou ácida. Com este arranjo ele pôde
produzir várias centelhas e incandescer fios metálicos.
Em 1799 Volta, anunciou o invento da
"pilha voltaica", que pela primeira vez permitiu gerar uma corrente
contínua, o que foi de importância fundamental para o estudo futuro do
eletromagnetismo.
A
primeira distinção entre condutor e isolante havia sido feita por Stephen Gray,
em 1729, conforme já foi descrito. Um avanço importante na determinação da
condutividade foi dada por Henry Cavendish, em 1772. Ele usou seu próprio corpo
como um detetordo choques produzido pela descarga de uma garrafa de Leydan. Por
exemplo, ele descarregou a garrafa através de tubos preenchidos com água
potável ou com água do mar e ajustou o comprimento dos tubos até que a sensação
de choque fosse a mesma nos dois casos, concluindo que a água do mar é 720
vezes mais condutora que a água potável.
.
Em 1827 Georg Simon Ohm conseguiu demonstrar que a diferença de potencial
através de um dispositivo é directamente proporcional à corrente através dele.
É o que conhecemos hoje como a lei de Ohm. Dispositivos que seguem a lei de Ohm
são conhecidos de ohmicos e aqueles que não seguem, de não- ohmicos.
As
ciências da electricidade e magnetismo desenvolveram-se isoladamente, até que
em 1820 Hans Christian Oersted encontrou uma conexão entre os dois fenómenos.
Enquanto preparava uma aula, Oersted observou que uma corrente elétrica
passando por um condutor era capaz de causar a deflexão na agulha da bússola.
Surgia assim a ciência do electromagnetismo. Mais tarde Oersted descobriu
também que um ímã é capaz de gerar uma força sobre um fio conduzindo corrente.
Michael
Faraday realizou uma série de estudos experimentais e sobre estes dados
trabalhou James Clerk Maxwell, que deu a forma matemática do electromagnetismo,
as leis de Maxwell. A grande descoberta de Maxwell em electromagnetismo é a
previsão de que a luz é uma onda electromagnética e que sua velocidade pode ser
determinada por medidas puramente eléctricas e magnéticas.
Em
1879 Edwin H. Hall, efectuou a medida do que conhecemos hoje como efeito Hall,
usando um condutor de cobre, e descobriu que a corrente eléctrica num metal é
devido ao fluxo de um fluido que possui carga negativa. Provou ainda que, ao
contrário do que Oersted sugerira, um campo magnético exerce a força sobre o
fluido no condutor e não sobre o conduto.
Por
volta de 1860 foi descoberto que uma grande diferença de potencial através de
um ambiente contendo gás rarefeito causava fluoresência do gás. O aparato para
estes estudos era contido em tubos de vidro. Quando a pressão era ainda mais
baixa (10-3 mm de Hg) o tubo como um todo ficava escuro mas observavam-se
feixes luminoso de cor azulada emanando do eletrodo negativo (catodo). Onde os
"raios catódicos" invisíveis atingiam a superfície do tubo de vidro
observava-se a fluorescência do vidro, que brilhava numa cor esverdeada ou
azulada. Descobriu-se que o "raio catódico" caminhava em linha reta,
pois plaquetas de mica posicionadas no caminho do feixe, produzia uma sombra na
parede de vidro.
Nos
idos de 1880 conhecia-se uma série de fatos: (1) o raio era defletido por um
campo magnético como se fossem cargas negativa; (2) o raio era emitido
perpendicularmente à placa do catodo, ao contrário da luz que era emitido para
todas as direções; (3) o raio carregava momento (uma vez que era capaz de girar
pequenas hélices) e energia (uma vez que era capaz de aquecer um corpo).
Em
1895, J. Perrin, na França, foi capaz de colectar os raios num cilindro e
mostrar que eles carregavam cargas negativa. Com um campo magnético defletindo
o raio, foi capaz de evitar a colecta de carga, mostrando que o "raio
catódico" era constituído de partículas.
Durante
os séculos XVII e XVIII acreditava-se que tanto a matéria quanto a carga
elétrica fossem contínuas. Em 14 de dezembro de 1900, Max Planck apresentou o
seu artigo "Sobre a teoria da lei da distribuição de energia do espectro normal"
sobre a radiação térmica em que sugere pela primeira vez que esta radiação não
seria um fluxo contínuo de energia, mas sim um fluxo de pacotes de energia.
Este trabalho é considerado hoje a origem da física quântica clássica.
2. Processos de produção e
transporte de energia eléctrica
As
energias que usamos em nossas casas são produzidas em centrais eléctricas,
fundamentalmente hidro eléctricas, termoeléctricas, nucleares e nas centrais
solares e eólicas.
Em
quaisquer centrais de produção de energia eléctrica, tem como bases
fundamentais, uma corrente de água ou um vapor de água que se move a alta
velocidade; as turbinas que possui rodas com pás; e os geradores que são neste
caso alternadores.
O
esquema de produção de corrente eléctrica é basicamente, o seguinte: a agua (ou
vapor de agua) em circulação a alta velocidade faz rodar as pás da turbina; por
sua vez, tem um veio central que está, também, ligado ao íman, obrigando-o a
rodar conjuntamente; o movimento do íman provoca correntes induzidas no conjunto
de bobinas dispostas à sua volta.
Ao
fim e ao cabo, as centrais apenas são diferentes na sua concepção e, portanto,
nos meios que utilizam para fazer mover as pás das turbinas e, por
consequência, o alternador.
2.1- Centrais
hidroeléctricas (Barragens)
A
partir da energia de água em movimento, que, por sua vez, faz girar as turbinas
ligadas capazes de transformar a energia de água em energia eléctrica.
Entretanto, a água é conduzida de uma grande altura por enormes condutas
transformando energia potencial em energia cinetica, geralmente muito
inclinadas, no fim das quais estão estrategicamente colocadas as turbinas que
dada velocidade com que a água chega a esse local, são levadas a rodar as suas
pás também a alta velocidade, daqui a energia cinética é transformada em
energia eléctrica. Através de fios e cabos a
energia é distribuída, e antes de chegar nas casas e comércios é transformada
em baixa tensão.
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Figura
1: Esquema simplificado de funcionamento de uma central hidroeléctrica
|
2.3- Vantagens
hidroeléctricas
Apesar do alto custo para a instalação de uma usina
hidroeléctrica, o preço do seu combustível (a água) é zero. É uma fonte de
energia renovável e não emite poluentes, contribuindo assim na luta contra o
aquecimento global.
2.4- Desvantagens das
centrais hidroeléctricas
ü Inundam áreas extensas de produção de alimentos e
florestas;
ü Alteram fortemente o ambiente e com isso prejudicam muitas
espécies de seres vivos, exemplo: interferem na migração e reprodução de
peixes;
ü Alteram o funcionamento dos Rios;
ü Alteram a paisagem das margens pela indução de atividades
humanas ligadas a presença dos reservatórios;
ü Geram resíduos nas atividades de manutenção de seus
equipamentos;
ü Boa parte das florestas inundadas se decompõe produzindo
metano, um gás que contribui para o efeito estufa.
ü O represamento do rio diminui o nível da água abaixo da
represa; desabriga pessoas e animais; provoca;
ü Salinização da água (no semi-árido);
ü A inundação danifica sítios arqueológicos; indisponibiliza
terras férteis; provoca pequenos tremores de terra, devido ao peso da água e às
acomodações do terreno.
ü Provoca alterações climáticas que irão comprometer a fauna e
flora que não se adaptarão a essas mudanças.
ü Provoca doenças e
impede o crescimento da população ribeirinha, atrapalhando a vida das pessoas
2.4- Centrais
termoeléctricas
A usina termoeléctrica é uma instalação industrial que produz
energia a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis (como
carvão mineral, óleo, gás, entre outros) . Essas
usinas funcionam da seguinte maneira:
Primeiramente
aquece-se uma caldeira com água, essa água será transformada em vapor, cuja
força irá movimentar as pás de uma turbina que por sua vez movimentará um
gerador. Uma maneira de se aquecer o caldeirão é através da queima de
combustíveis fósseis (óleo, carvão, gás natural).
Após o vapor ter movimentado as turbinas ele é
enviado a um condensador para ser resfriado e transformado em água líquida para
ser reenviado ao caldeirão novamente, para um novo ciclo. Esse vapor pode ser
resfriado utilizando água de um rio, um lago ou um mar, mas causa danos
ecológicos devido ao aquecimento da água e consequentemente uma diminuição do oxigénio.
Outra maneira de resfriar esse vapor é utilizando água armazenada em torres,
por sua vez esta água é enviada em forma de vapor a atmosfera, alterando o
regime de chuvas.
2.5- Desvantagens de centrais termooeléctricas
Um dos maiores problemas das usinas
termoelétricas é a grande contribuição que elas têm com o aquecimento
global através do efeito estufa e de chuvas ácidas, devido a
queima de combustíveis.
Vantagens de centrais termoelectricas
Mas estas usinas não têm só desvantagens, as
vantagens delas é que podem ser construídas próximas a centros urbanos,
diminuindo as linhas de transmissões e desperdiçando menos energia. Também são
usinas que produzem uma quantidade constante de energia eléctrica durante o ano
inteiro, ao contrário das hidroeléctricas, que tem a produção dependente do
nível dos rios.
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Figura 2: Esquema simplificado de funcionamento de uma central termoeléctrica
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2,6- Centrais nucleares
Central
nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir electricidade a
partir de energia
nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioactivos que através de uma reacção nuclear produzem calor. As centrais nucleares usam este calor
para gerar vapor,
que é usado para girar turbinas e produzir energia eléctrica.
As
centrais nucleares apresentam um ou mais reactores,
que são compartimentos impermeáveis à radiação, em cujo interior estão
colocados barras ou outras configurações geométricas de minerais com algum
elemento radioactivo (em geral o urânio). No
processo de decomposição radioactiva, estabelece-se uma reacção em cadeia que é sustentada e moderada mediante o
uso de elementos auxiliares, dependendo do tipo de tecnologia empregada.
Actualmente existem muitos tipos de centrais
nucleares, porém as mais usadas são as PWR e as BWG.
2.6.1- PWR
As
usinas nucleares de água pressurizada, também chamadas de PWR (pressurizad
water reactors) mantem água sobre pressão para que ela esquente mas não
evapore. Essa água em altíssima temperatura é então circulada por uma tubulação
e então esquenta outro tanque de água. Esse segundo tanque garante que a água
que entra de fora do sistema não entre em contacto com a água no interior do
reactor, permanecendo assim limpa, pois a água de rios usadas para resfriar o
reactor não é usada nem nas turbinas, ele é somente usada para resfriar o vapor
de agua do segundo tanque após o mesmo já ter passado pelas turbinas.
2.6.2-BWR
As
usinas nucleares de água fervida, também chamadas de BWR (boling water reacctors)
faz com que a água que tem contacto com o reactor passe pelas turbinas
diretamente, e seja resfriada externamente igual a água da usina PWR, porém o
risco de contaminação, ainda assim muito pequeno, é maior do que em usinas PWR.
Elas são menos eficientes do que sua irmã PWR.
2.6.3- Principio de Funcionamento
O
combustível
Combustível
desse tipo de reactor é grânulos de U235. O grânulo tem formato cilíndrico e
não tem mais de 3 centímetros de comprimento e tem eficiência maior do que uma
tonelada de carvão mineral. Esses grânulos são colocados em varas com
aproximadamente 360 centímetros de comprimento, contendo mais de 200 deles.
O
reactor
O
processo de geração de energia tem início quando os átomos de urânio são
partidos pelo processo de fissão. Quando o átomo de U235 é atingido por um neutrão,
ele se torna U236 que quando é fissurado, ele se divide em dois outros átomos mais
leves como o par bário e criptônio, e libera 3 neutrões. Esses 3 neutrões por
sua vez atingem outros átomos de U253, repetindo o ciclo em quanto houver
material fissuravel no reactor. A reacção pode ser controlada de diversas
formas, como por exemplo varas de controle, que são feitas para absorverem os
neutros, e diminuir a velocidade, ou até parar totalmente, a fissão dos átomos
de U235.
O
pressurizador
O calor
produzido no reactor é transferido para o primeiro sistema de resfriamento, a
água nesse sistema é aquecida até os 320 Celsius mas não evapora pois está
sobre pressão.
O
gerador
No caso
das usinas PWB a água quente vinda do reactor passa por muitos canos para
aquecer a agua de um segundo tanque. A água desse tanque não está sobre tanta
pressão e evapora, passando por turbinas que ao serem giradas produzem grandes
quantidades de electricidade. O vapor de água do Segundo tanque então passa por
uma série de tubulações até ser resfriada pela água proveniente de fora do
sistema, seja ela de rios, mares ou lagos. Não há contaminação da água vinda do
ambiente pois essa não entra em contacto com o reactor e volta para o ambiente
logo após ser usada para resfriar o vapor das turbinas.
Se a
usina for do tipo BWR o segundo tanque não existe e a agua do reactor é a mesma
que passa pelas turbinas e a mesma que é resfriada pala agua do sistema
externo. O risco de contaminação nesse reactor é maior do que em reactores PWR,
porém isso não é significativo suficiente para que eles sejam considerados
inseguros
2.6.7- Vantagens da Energia Nuclear
ü É
um combustível mais barato que muitos outros como por exemplo o petróleo, o
consumo e a procura ao petróleo fizeram com que o seu preço disparasse, fazendo
assim, com que o urânio se tornasse um recurso, comparativamente com o
petróleo, um recurso de baixo custo.
ü É
uma fonte mais concentrada na geração de energia, um pequeno pedaço de urânio
pode abastecer uma cidade inteira, fazendo assim com que não sejam necessários
grandes investimentos no recurso.
ü Não
causa nenhum efeito de estufa ou chuvas ácidas;
ü É
fácil de transportar como novo combustível;
ü Tem
uma base científica extensiva para todo o ciclo.
ü É uma fonte
de energia segura, visto que até a data só existiram dois acidentes mortais.
ü Permite
reduzir o défice comercial.
ü Permite
aumentar a competitividade.
2.6.4- Desvantagens da Energia
Nuclear
Apesar das suas
vantagens esta energia também tem as suas desvantagens
ü Ser
uma energia não renovável, como referido anteriormente, torna-se uma das
desvantagens, visto que o recurso utilizado para produzir este tipo de energia
se esgotará futuramente.
ü As
elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento causa a poluição térmica
pois esta é lançada nos rios e nas ribeiras, destruindo assim ecossistemas e interferindo
com o equilíbrio destas mesmas.
ü O risco de acidente,
visto que qualquer falha humana, ou técnica poderá causar uma catástrofe sem
retorno, mas actualmente já existem sistemas de segurança bastante elevados, de
modo a tentar minimizar e evitar que estas falhas existam, quer por parte
humana, quer por parte técnica.
ü A
formação de resíduos nucleares
perigosos e a
emissão causal de radiações causam a poluição radioactiva, os resíduos são um
dos principais inconvenientes desta energia, visto que actualmente não existem
planos para estes resíduos, quer de baixo ou alto nível de radioactividade,
estes podem ter uma vida até 300 anos após serem produzidos podendo assim
prejudicar as gerações vindouras.
ü Pode
ser utilizada para fins bélicos, para a construção de armas nucleares, está foi
uma das primeiras utilizações da energia nuclear, os fins bélicos são a grande
preocupação nível mundial, porque projectos nucleares como o do Irão, que
ameaçam a estabilidade económica e social.
ü Ser
uma energia cara, visto que tanto o investimento inicial, como
posteriormente a manutenção das energias nucleares são de elevados custos, até
mesmo o recurso minério, visto que existem países que não o possuem, ou não em
grande abundância, tendo assim, que comprar a países externos.
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Figura 3: Esquema simplificado de funcionamento de uma central nuclear
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2.7- Centrais
solares
Central solar é
uma estrutura capaz de produzir energia eléctrica a partir da energia
solar
Sua
configuração mais comum é de um conjunto de espelhos móveis espalhados por uma
ampla área plana e desimpedida, que apontam todos para um mesmo ponto, situado
no alto de uma torre. Neste ponto, canalizações de água são aquecidas pela incidência da luz solar,
produzindo vapor que move uma turbina
a vapor e que aciona um gerador de energia eléctrica.
A
central solar é uma forma de obtenção de
energia ecológica, pois capta a luz do Sol e a transforma em energia, sem causar danos
ao meio
ambiente, apesar de exigir que o local de sua instalação seja aplainado e
liberado de obstáculos. Geralmente suas instalações se situam em regiões
ensolaradas, de pouca nebulosidade. Por vezes se situam em clima
seco, onde não existe volume de água suficiente, para manter em
funcionamento uma hidroeléctrica
convencional.
Porém
esta usina não funciona a noite, e ao nascer
do Sol e no poente, sua eficiência cai drasticamente. Sua utilização ainda é
apenas relegada a um segundo plano, apenas fornecendo energia elétrica
suplementar a redes de distribuição.
De
todos os países europeus, Portugal é o país com mais horas de sol anuais,
logo tem excelentes condições para utilizar esta energia renovável.Também em
Portugal que se localizam as duas maiores usinas/centrais solares do mundo.
2.8- Energia
eólica
Energia eólica é a transformação da energia do vento em energia útil, tal como na
utilização de aerogeradores para
produzir eletricidade, moinhos de vento para produzir energia mecânica ou velas para
impulsionar veleiros. A energia eólica, enquanto alternativa
aos combustíveis fósseis,
é renovável, está
permanentemente disponível, pode ser produzida em qualquer região, é limpa, não
produz gases de efeito de
estufa durante a
produção e requer menos terreno. O
impacto ambiental é geralmente menos problemático do que o de outras fontes de
energia.
Os parques eólicos são conjuntos de centenas de
aerogeradores individuais ligados a uma rede de transmissão
de energia eléctrica. Os parques eólicos de pequena dimensão são
usados na produção de energia em áreas isoladas. As companhias de produção
elétrica cada vez mais compram o excedente elétrico produzido por aerogeradores
domésticos. Existem também parques eólicos ao largo da costa, uma vez que a força
do vento é superior e mais estável que em terra e o conjunto tem menor impacto
visual, embora o custo de manutenção seja bastante superior. Em 2010, a
produção de energia eólica era responsável por mais de 2,5% da electricidade
consumida à escala global, apresentando taxas de crescimento na ordem dos 25%
por ano. A energia eólica faz parte da infra-estrutura eléctrica em mais de
oitenta países.
A energia do vento é bastante consistente ao longo de
intervalos anuais, mas tem variações significativas em escalas de tempo curtas.
À medida que cresce a proporção de energia eólica numa determinada região,
torna-se necessário aumentar a capacidade da rede de modo a absorver os picos
de produção, através do aumento da capacidade de armazenamento, e de recorrer à
importação e exportação de electricidade para regiões adjacentes quando há
menos procura ou a produção eólica é insuficiente. As previsões meteorológicas auxiliam o ajustamento da rede de
acordo com as variações de produção previstas.
A
energia eólica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de
energia, principalmente porque é renovável, ou seja, não se esgota, limpa,
amplamente distribuída globalmente e, se utilizada para substituir fontes de
combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito
estufa. Em países como o Brasil, que possuem uma grande malha hidrográfica,
a energia eólica pode se tornar importante no futuro, porque ela não consome
água, que é um bem cada vez mais escasso e que também vai ficar cada vez mais
controlado. Em países com uma malha hidrográfica pequena, a energia eólica
passa a ter um papel fundamental já nos dias actuais, como talvez a única
energia limpa e eficaz nesses locais. Além da questão ambiental, as turbinas
eólicas possuem a vantagem de poderem ser utilizadas tanto em conexão com redes
eléctricas como em lugares isolados, não sendo necessário a implementação de
linhas de transmissão para alimentar certas regiões (que possuam aerogeradores).
A
tecnologia de instalação da geração eólica pode ser onshore (em terra) ou offshore (marítima), na tecnologia offshore o
custo de instalação é mais elevado comparado com onshore, contudo na offshore o
potencial de geração é maior. Por este motivo a tecnologia offshore é utilizada
em países com pequena extensão territorial ou com pouco espaço disponível para
as instalações em terra.
O
sistema de geração de energia elétrica pode ser on-grid (interligado à rede) ou off-grid (isolado da rede). No sistema on-grid
a geração de energia é interligada à rede elétrica do Sistema Interligado
Nacional (SIN) o qual é mais utilizado
comercialmente. Já no sistema off-grid a geração é isolada da rede convencional
trabalhando de forma autônoma, aplicado em regiões rurais ou marítimas
afastadas em que não é viável traspor linhas de transmissão.
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| Figura 4: Uma Central Eolica |
A
produção de energia eléctrica através de energia eólica tem várias vantagens
das quais podemos ressaltar as principais. É uma fonte renovável, não emite
gases de efeito estufa, gases poluentes e nem gera resíduos na sua operação, o
que a torna uma fonte de energia de baixíssimo impacto ambiental. Os parques
eólicos (ou fazendas eólicas) são compatíveis com os outros usos do terreno
como a agricultura ou pecuária, já que os actuais aerogeradores têm dezenas de
metros de altura. O grande
potencial eólico no mundo aliado com a possibilidade de gerar energia em larga
escala torna esta fonte a grande alternativa para diversificar a matriz
energética do planeta e reduzir a dependência ao petróleo. Em 2011 na União
européia ela já representa 6,3% da matriz energética, e no mundo mais de 3,0%
de toda a energia elétrica. Finalmente, com a tendência de redução nos custo de
produção de energia eólica, e com o aumento da escala de produção, deve se
tornar uma das fontes de energia mais barata.
No
entanto, apesar de todos os pontos positivos, é preciso se não forem feitos
estudos de mapeamento, medição e previsão dos ventos, ela não é uma fonte de
energia confiável.
Quanto
ao impacto visual, gera poluição visual devido à alteração da paisagem do
local, não que as demais fontes não alterem, como para alguns as pás dos
geradores é uma poluição visual, para outros pode ser considerado um atractivo
turístico como uma bela alternativa às demais fontes de energia. Em relação à
poluição sonora, apesar de não ter pesquisas conclusivas indicando impacto na
fauna, deve-se ter cuidado para evitar instalação em corredores de migração de
aves ou habitats de reprodução de animais silvestres, e se preciso utilizar
linhas de transmissão subterrâneas. Como qualquer maquina, também exige
manutenção interna dos aerogeradores que deve ser realizada de forma preventiva
e constante. A maior desvantagem é a não regularidade da geração (ou
intermitência da geração), pois a geração depende do vento que não são sempre
constantes, e nem sempre há vento quando a electricidade é necessária. Deste
modo, como a disponibilidade de energia diária varia de um dia para outro, a
geração eólica pode ser menos confiável que as fontes convencionais. Devendo
ser alternativa complementar e não substituta na matriz energética.
3., EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA
A corrente eléctrica tem cinco efeitos principais: fisiológico, térmico (ou Joule), químico, magnético e
luminoso.
3.1- Efeito fisiológico
O efeito fisiológico corresponde à
passagem da corrente eléctrica por organismos vivos. A corrente eléctrica age
directamente no sistema nervoso, provocando contracções musculares; quando isso
ocorre, dizemos que houve um choque eléctrico. Entretanto, com uma
corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controlo dos músculos, sendo
difícil abrir a mão e livrar-se do contacto. O valor mortal está compreendido
entre 10 m e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, a corrente, atravessado o
tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo.
Modificado o ritmo, o coração pára de bombear sangue pelo corpo e a morte pode
ocorrer em poucos segundos. Se a intensidade for ainda mais alta, a corrente
pode paralisar completamente o coração. Este se contrai o mais possível e
mantém-se assim enquanto passar a corrente. Interrompida a corrente, geralmente
o coração relaxa e pode começar a bater novamente, como se nada tivesse
acontecido. Todavia, paralisado o coração, paralisa- se também a circulação
sangüínea, e uma pequena interrupção dessa circulação pode provocar danos
cerebrais irreversíveis.
3.2- Efeito térmico
O efeito térmico, também conhecido
como efeito Joule, é
causado pelo choque dos electrões livres contra os átomos dos condutores. Ao
receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quando maior for a
vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessas
condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito
é muito aplicado nos aquecedores em geral, como o chuveiro. Em um chuveiro, a
passagem da corrente eléctrica pela "resistência" provoca o efeito
térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um
aquecimento ao ser atravessado por uma corrente eléctrica. Nos condutores se
processa a transformação da energia eléctrica em energia térmica. Esse efeito é
a base de funcionamento dos aquecedores eléctricos, chuveiros eléctricos,
secadores da cabelo, lâmpadas térmicas, etc.
3.3- Efeito químico:
O efeito químico corresponde a
certas reacções químicas que ocorrem quando a corrente eléctrica atravessa as soluções electrolíticas.
É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de matais (níquel acção, cremação,
prateação, etc). Uma solução electrolítica sofre decomposição, quando é
atravessada por uma corrente eléctrica. É a electrólise. Corresponde aos fenómenos
eléctricos nas estruturas moleculares, objecto de estudo da electroquímica. A
exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na electrólise.
3.4- Efeito magnético
O efeito magnético é aquele que se
manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno
da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser
constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direcção da agulha
magnética. Este é o efeito mais importante da corrente eléctrica, constituindo
a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.
Efeito luminoso
Também é um fenómeno eléctrico em
nível molecular. A excitação electrónica pode dar margem à emissão de radiação
visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, determinadas
condições, a passagem da corrente eléctrica através de um gás rarefeito faz com
que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos são
aplicações desse efeito. Neles há transformação directa de energia eléctrica em
energia luminosa.
Medição
eléctrica
As medições eléctricas realizam-se com aparelhos
especialmente desenhados segundo a natureza da corrente; isto é, se é
alternada, contínua ou pulsante. Os instrumentos classificam-se pelos
parâmetros de voltagem, tensão e intensidade.
Desta forma, podemos enunciar os instrumentos de
medição como o Amperímetro ou unidade de intensidade de corrente. O Voltímetro como a unidade de tensão, o Ohmimetro como a unidade de resistência e os Multimetros como unidades de medição múltiplas.
O Amperímetro: É o instrumento que mede a intensidade da Corrente
Eléctrica. Sua unidade de medida é o Ampere e
seus Submúltiplos, o miliampere e
o microampere. Os usos dependem do tipo
de corrente, óssea, que quando meçamos Corrente Contínua, se usasse o amperímetro de
bobina móvel e quando usemos Corrente Alternada, usaremos o electromagnético.
Uso do Amperímetro
ü É necessário ligá-lo em série com o circuito
ü Deve ser tido um aproximado de corrente a medir já que se é maior da
escala do amperímetro, o pode danificar. Portanto, a corrente
deve ser menor da escala do amperímetro
ü A cada instrumento tem marcado a posição em que deve ser utilizado:
horizontal, vertical ou inclinada. Se não se seguem estas regras, as medidas
não seriam do todo confiável e pode ser danado o eixo que suporta a agulha.
ü Todo instrumento deve ser inicialmente ajustado em zero.
ü As leituras tendem a ser mais exactas quando as medidas que se tomam
estão intermédias à a escala do instrumento.
ü Nunca deve ser ligado um amperímetro com
um circuito que este energizado.
O Voltímetro
É o instrumento que mede o valor da tensão. Sua unidade
básica de medição é o Volt (V) com seus múltiplos: o Megavoltio (MV) e o Kilovoltio (KV)
e sub.-múltiplos como o milivoltio (mV) e o micro volt. Existem Voltímetros que
medem tensões contínuas chamados voltímetros de
bobina móvel e de tensões alternadas, os electromagnéticos
Uso do Voltímetro
ü É necessário ligá-lo em paralelo com o circuito, tomando em conta a polaridade se
é C.C.
ü Deve ser tido um aproximado de tensão a medir com o fim de usar o voltímetro apropriado
ü A cada instrumento tem marcado a posição em que deve ser utilizado:
horizontal, vertical ou inclinada.
ü Todo instrumento deve ser inicialmente ajustado em zero.
O Ohmimetro:
É um arranjo dos circuitos do Voltímetro e
do Amperímetro, mas com uma bateria e uma resistência.
Dita resistência é a que ajusta em zero o instrumento na escala dos Ohmicos quando
secortocircuitan os terminais. Neste caso, o voltímetro marca
a queda de voltagem da bateria e se ajustamos a resistência variável, obteremos
o zero na escala.
Uso do Ohmimetro
ü A resistência a medir não deve estar ligada a nenhuma fonte de tensão
ou a nenhum outro elemento do circuito, pois causam medições inexactas.
ü Deve ser ajustado a zero para evitar medições erráticas graças
à falta de carga da bateria. Neste caso, se deveria de mudar a mesma
ü Ao terminar de usá-lo, é mais seguro tirar a bateria que a deixar, pois
ao deixar acendido o instrumento, a bateria pode ser descarregado totalmente.
O Multimetro analógico
É o instrumento que utiliza em seu funcionamento os
parâmetros do amperímetro, o voltímetro e
o Ohmimetro. As funções são selecionadas por médio de
um comutador. Portanto todas as medidas de Uso e precaução são iguais e é
multifuncional dependendo o tipo de corrente (C.C ou C.A.)
Segurança com energia eléctrica
ü O uso da energia eléctrica de forma segura e sem desperdício pode
melhorar a qualidade de vida, preservar o meio ambiente e reduzir a conta de
luz.
ü Ao fazer reparos nas instalações de sua casa, desligue os disjuntores
ou a chave geral. Não ligue muitos aparelhos na mesma tomada, com benjamins.
Isso pode provocar aquecimento nos fios, desperdiçando energia e podendo causar
curtos-circuitos.
ü Nunca mexa no interior do televisor, mesmo que ele esteja desligado.
ü Nunca mexa em aparelhos com as mãos molhadas ou com os pés em lugares húmidos.
Não coloque facas, garfos ou qualquer objecto de metal dentro de aparelhos eléctricos
ligados.
ü Se tiver crianças em casa, não deixe que elas mexam em aparelhos eléctricos
ligados ou que toquem em fios e tomadas.
ü Ao trocar a lâmpada, não toque na parte metálica.
ü Fios mal isolados na instalação podem provocar incêndio, além de
desperdiçar energia.
ü Ao queimar um fusível, procure identificar a causa. Após solucionar o
problema, substitua o fusível por outro de igual capacidade ou rearme o
disjuntor
Se alguém levar um choque
ü Não toque na vítima, nem se aproxime dos fios caídos ou objetos em
contato com eles, como cercas metálicas, portões de ferro ou varais de roupa.
ü Desligue imediatamente a electricidade. Se não for possível, interrompa
o contacto da vítima com a corrente eléctrica, utilizando material não condutor
seco (pedaço de pau, corda, borracha ou pano grosso). Nunca use objecto
metálico, não toque directamente na vítima com as mãos e não utilize nada
molhado, como por exemplo uma toalha húmida;
ü Se as roupas da vítima estiverem em chamas, deite-a no chão e cubra-a
com um tecido bem grosso, para apagar o fogo. Outra opção é fazer a vítima
rolar no chão. Não a deixe correr.
ü Verifique, então, se a vítima está consciente e respirando. Se a pessoa
não acordar ou estiver com dificuldade para respirar, ligue para um serviço de
emergência e procure ajuda médica
Curto
circuito
O curto-circuito eléctrico ocorre quando há uma
passagem elevada de corrente eléctrica em um circuito que não esteja preparado para receber
tal carga. Um exemplo simples para esta situação é quando um fio metálico é
colocado em uma tomada: o resultado é um curto-circuito que pode tanto de baixo
nível ou como violento, com estrondos, explosões e faíscas.
O
curto-circuito é um dos principais causadores de incêndios em instalações
eléctricas mal construídas ou mal conservadas, que possuem constante
movimentação eléctrica. Normalmente, erros de dimensionamento e fios
desencapados são os maiores provocadores de curtos-circuitos em ambientes residenciais,
comerciais e industriais.
Alguns cuidados
para evitar o curto circuito
A instalação de fusíveis e de disjuntores em
locais com corrente elétrica elevada é uma prática comum para evitar um
curto-circuito em casas, apartamentos, lojas e indústrias. Os disjuntores
merecem destaque por possuir papel importante na detecção de falhas na corrente
elétrica, funcionando basicamente como interruptores automáticos que evitam
curtos-circuitos. Os fusíveis, por sua vez, ficam inutilizáveis quando ocorre
uma brusca interrupção, e devem ser trocados imediatamente. Um disjuntor pode
ser religado automaticamente.
Uma
maneira bem simples de evitar um curto-circuito é não sobrecarregar uma tomada.
Ligar a televisão, o rádio, o computador, o carregador de celular e diversos
outros aparelhos no mesmo ponto não é uma boa ideia, pois o risco de um
curto-circuito aumenta consideravelmente e pode até mesmo danificar os
dispositivos. Vale destacar que, mesmo com adaptadores e extensões, o risco
ainda existe.
Uma
boa dica é realizar manutenções periódicas de toda a parte eléctrica. Técnicos
especializados podem identificar com facilidade os pontos sobrecarregados,
falhas não perceptíveis, além de toda a fiação, tomadas desgastadas e as
melhores soluções para resolver os problemas.
Referencias
bibliográficas
