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Energias Renováveis e

Desenvolvimento Sustentável

Novas tendências na produção de energia a partir de fontes

renováveis

Disciplina de Projecto FEUP

Supervisor: António Baptista

Monitor: José Ferreira

Equipa: MMM518

Data de realização: 14/10/09

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Energias Renováveis e

Desenvolvimento Sustentável

Novas tendências na produção de energia a partir de fontes

renováveis

Trabalho realizado por:

Diogo Martins Moía

Francisco Boia Martins

Francisco Ricca Torres

Luís André Neiva

Patrícia Inês Carvalho

Realizado em 14/10/2009

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Resumo

Este relatório trata do problema cada vez mais grave da dependência mundial

dos combustíveis fósseis. O seu objectivo é transmitir aos seus leitores as diferentes

fontes energias renováveis. O trabalho consiste na comparação entre as energias já em

uso em grande massa e as energias emergentes já utilizadas ou por implantar em

Portugal, sendo elas respectivamente as energias fotovoltaica, eólica, hídrica e das

ondas, células de combustível, e centrais de concentração de radiação solar.

Na obtenção da informação deste relatório a ferramenta utilizada foi

essencialmente a internet, pois consideramos que o seu acesso é de extrema facilidade e

é uma rede que contém informação actual e sítios credíveis de grande qualidade

informativa e por vezes de autoria de especialistas de renome mundial.

Com este relatório conseguimos concluir que Portugal é o terceiro país da

Europa em matéria de percentagem de produção de energia a partir de fontes

renováveis. Conseguimos também apurar que Portugal tem investido fortemente nas

energias renováveis convencionais e começa a aderir e desenvolver novas tendências de

produção de energia a partir de fontes renováveis, exemplo disso é a central Pelamis na

Póvoa de Varzim, que foi a primeira a nível mundial.

Apesar dos investimentos portugueses neste campo de energias, consideramos

que Portugal devia apostar agora nas células de combustíveis e centrais de concentração

de radiação solar de modo a sermos cada vez menos dependentes dos combustíveis

fosseis de maneira a salvar o que resta do nosso planeta.

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Agradecimentos

A equipa gostaria de agradecer á Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto pela implementação desta cadeira pois consideramo-la bastante importante na

integração pessoal nesta nova etapa da vida.

Achamos também pertinente aproveitar para agradecer ao nosso supervisor, Sr.

Eng. António Monteiro Baptista, e monitor, José Ferreira, por se disponibilizarem a

ajudar-nos e guiarem-nos no Projecto Feup.

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Índice

1. Introdução ................................................................................................. 5

2. Energia Fotovoltaica .................................................................................. 6 2.2 Desvantagens ................................................................................................. 7 2.3 Energia fotovoltaica em Portugal .................................................................... 7

3. Energia Eólica ............................................................................................ 8 3.1 Vantagens ...................................................................................................... 9 3.2 Desvantagens ................................................................................................. 9 3.3 Energia Éolica em Portugal .............................................................................. 9

4. Energia Hídrica ........................................................................................ 10

5. Energia das Ondas ................................................................................... 12

6. Células de Combustível ............................................................................ 14

Tipos de Células de Combustível ................................................................ 14 6.1 Vantagens .................................................................................................... 15 6.2 Desvantagens ............................................................................................... 15 6.3 Células de combustível em Portugal .............................................................. 15

7.Sistemas de Concentração de Energia Solar ............................................... 16 7.1 Sistema de Concentração de Energia Solar .................................................... 16

8. Conclusão ................................................................................................ 17

9. Referências bibliográficas ........................................................................ 18

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1. Introdução

Nos últimos anos uma preocupação praticamente mundial acerca da poluição e

respectivas consequências. Como tal há uma necessidade de desenvolver e de

implementar novas tecnologias não poluentes de obtenção de energia, sendo o objectivo

principal tornar o Homem cada vez menos dependente dos combustíveis fósseis. A

resposta a este problema é a produção de energia a partir de fontes renováveis, ou seja,

energias renováveis. As energias renováveis são fontes inesgotáveis de energia obtidas

da Natureza que nos rodeia, como o sol ou o vento. Exemplo disso são as tradicionais

energias eólica, hídricas e solar.

Com a urgência mundial de diminuir a libertação de poluentes para o ambiente,

o objectivo do nosso trabalho é dar a conhecer as novas tendências de produção de

energia a partir de fontes renováveis tendo em conta as já referidas anteriormente.

Apesar das suas enormes e óbvias vantagens, há quem considere que estas

também trazem grandes desvantagens, como a causa de impactos visuais negativos no

ambiente e produção excessiva de ruídos. A maior parte dessas tecnologias têm um

custo elevado, uma das razões pela qual certos países continuam a investir nas energias

renováveis.

Havendo uma grande variedade de tecnologias neste campo, optamos por

abordar aquelas que às quais estão associados maiores investimentos e/ou aquelas que

nos parecem ter maior projecção num futuro próximo. As energias escolhidas foram a

eólica, hídrica, solar, maremotriz e células de combustível.

Está também presente neste trabalho levantamentos estatísticos e numéricos

destas energias em Portugal.

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2. Energia Fotovoltaica

Os painéis fotovoltaicos são utilizados para produzir energia eléctrica a partir da

luz solar. Este tipo de energia renovável é dos mais convencionais actualmente, sendo já

possível encontrar muitas habitações e outras instalações equipadas com este tipo de

tecnologia.

Fig.1 – exemplo de painel fotovoltaico

O painel fotovoltaico é constituído por uma placa de células solares formadas

principalmente por silício (material semicondutor) que transforma a luz solar em

energia eléctrica. Os reguladores/controladores controlam o fluxo de energia entre o

gerador e a bateria (sistema de armazenamento da energia), protegendo-a de sobrecargas

ou descargas. Uma vez que os painéis produzem corrente contínua, e a maioria de

electrodomésticos funcionam a corrente alternada, é necessário um conversor. Após a

conversão, o utilizador possui electricidade para as suas necessidades.

Fig.2 – exemplo de funcionamento de um sistema de painéis fotovoltaicos

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2.1 Vantagens

- Alta fidelidade e durabilidade aproximadamente 25 anos - não precisam de muita manutenção visto que é um processo automatisado

qualidade ambiental, é silencioso e não plui

2.2 Desvantagens

- Elevado custo de instalação - Baixo rendimento no processo de conversão - Ocupa grandes áreas de terreno

2.3 Energia fotovoltaica em Portugal

Em Amareleja, Alentejo, foi criada a maior central do mundo de painéis fotovoltaicos. É

um investimento de 261M €. Com uma capacidade total de 46 MW, ira produzir 93M

de kWh por ano, o que equivale ao consuma de 30 mil famílias, o que permite evitar a

emissão de cerca de 90 mil toneladas de CO2 anualmente (LUSA, 2008)

Esta central possui 2. 520 seguidores solares, o equivalente a 262.080 módulos

fotovoltaicos numa área de 250 hectares.

Fig. 3 – central fotovoltaica de Amareleja

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3. Energia Eólica

O aquecimento desigual da atmosfera provoca criação de zonas de baixa pressão

junto à superfície terrestre. Consequentemente, massas de ar mais frio preenchem essas

zonas dando origem ao vento.

Apesar de só nos últimos anos, este recurso estar a ser encarado como possível

alternativa ao uso de fontes energéticas não

renováveis, desde há muitos anos que os agricultores

se servem da energia eólica para bombear água dos

furos usando moinhos de vento, assim como para

girar a mó dos moinhos transformando o milho em

farinha.

Este tipo de energia consiste no

aproveitamento da energia cinética do vento para

produzir energia eléctrica e mecânica, utilizando

aerogeradores e aeromotores, respectivamente. Estes consistem basicamente em

turbinas eólicas acopladas a geradores no caso dos primeiros ou motores no caso dos

segundos.

No caso da energia eólica

aplicada como tentativa de

substituição aos meios convencionais,

o resultado da transformação é energia

eléctrica. Esta é obtida do seguinte

modo: o vento faz girar as pás da

turbina que por sua vez fazem rodar

um eixo. Este põe em funcionamento

campos magnéticos, dentro de um

gerador, que convertem a energia

rotacional em electricidade.

Para maximizar o

aproveitamento de energia eléctrica,

toda a máquina no topo da torre está

equipada com um sistema hidráulico

que acompanha a direcção do vento

fazendo com que este atinja as pás de

frente.Estes são colocados

estrategicamente em locais que,

beneficiando de obstáculos

geográficos, condições do solo e

condições atmosféricas, procuram

rentabilizar ao máximo a fonte de

energia. Fig. 4 – Esquema de funcionamento de uma turbina

Os tipos de turbinas variam consoante a direcção do eixo de rotação (vertical ou

horizontal), forma e número de pás que constituem o rotor.

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3.1 Vantagens

- Tecnologia conhecida e fiável

- Não poluente

- Energia limpa e inesgotável

- Possibilidade de utilização em locais remotos

- Coexistência com outras actividades como a agricultura

- Os aerogeradores não necessitam de abastecimento de combustível e requerem

escassa manutenção, uma vez que só se procede à sua revisão em cada seis

meses.

- Contribui para reduzir a elevada dependência energética do exterior e não

recorre à importação de combustíveis.

3.2 Desvantagens

- Difícil de prever produção, devido à sua intermitência

- Impacto visual e ruído

- Efeitos na vida animal (aves e gado)

- Depende de condições climatéricas

- Necessita de grandes espaços

- Afecta a paisagem

- Dificuldade no armazenamento da energia produzida

3.3 Energia Éolica em Portugal

Em Portugal, a utilização da energia eólica para a produção de electricidade teve

início em 1986 com a construção do primeiro parque eólico, localizado na Ilha de Porto

Santo, Madeira. Desde então que tem havido um forte investimento, no nosso pais, em

aerogeradores e consequentemente num aumento de energia “limpa” produzida.

Actualmente, Portugal é o nono país com maior produção eólica instalada. Estima-se

que em Portugal 15% da energia eléctrica provenha do vento. (PUBLICO, 2008)

Fig. 5 – Esquema de centrais éolicas em Portugal

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4. Energia Hídrica

A energia hídrica é a energia proveniente do movimento das águas doces.

Quando chove nas colinas e montanhas a água concentra-se em rios, ribeiras e correntes

que se deslocam para o mar. A energia é produzida por meio do aproveitamento do

potencial hidráulico existente nos rios, utilizando desníveis naturais, como quedas de

água, ou artificiais, produzidos pelo desvio do curso original do rio.

Fig. 6 – Barragem de Miranda

A produção deste tipo de energia é principalmente efectuada através de centrais

hidroeléctricas de maior ou menor dimensão (as maiores são geralmente chamadas

barragens hidroeléctricas e as mais pequenas são geralmente chamadas PCHs –

pequenas centrais hídricas), que consistem na construção de pequenos açudes ou

barragens, que desviam uma parte do caudal do rio, para lho devolver num local

desnivelado (onde são instaladas as turbinas), produzindo assim electricidade, que é

depois distribuída pela rede eléctrica. Esta forma de gerar electricidade é semelhante ao

que se fazia antigamente nos moinhos de água que moíam os cereais

Fig. 7 – Exemplo de funcionamento de uma central hidroeléctrica

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4.1 Vantagens

- Baixo nível de ruído e vibrações

- Eficiente e não poluente

- Pouco impacto ambiental, nomeadamente através da colocação de

escadas de água para que os peixes possam transpor a barragem

- Baixo custo em comparação com os beneficios obtidos

4.2 Desvantagens

- Elevado custo imediato no caso das barragens de maior dimensão

- Pode implicar o desalojamento de pessoas, destruição de habitats e

alteração do ciclo da água

- A disponibilidade anual deste recurso depende da pluviosidade e do

regime de funcionamento (com ou sem armazenamento)

4.3 Energia hídrica em Portugal

Actualmente, em Portugal cerca de 22% da electricidade consumida no País tem

origem hídrica, sendo que o potencial de aproveitamento esteja concentrado no Norte e

Centro do país. No entanto só aproveitamos 46% do nosso potencial hídrico.

No nosso país, o aproveitamento hidroeléctrico tem lugar em cerca de uma

centena de grandes barragens e em aproximadamente 800 mini-hídricas (barragens de

média e pequena dimensão), sendo a maior a barragem do Alqueva que produz 250MW

e tem um desnível de 96 metros.

Fig. 8 - Barragem do Alqueva

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5. Energia das Ondas

Actualmente, em Portugal e no Mundo, a energia das ondas é uma tecnologia

emergente ainda em fase de experimentação, mas que promete grandes expectativas para o

futuro.

Fig. 9 – central de energia das ondas no Pico, Açores

Foi no Pico, Açores, que se construiu um dos primeiros modelos experimentais de

aproveitamento desta energia a nível mundial.

Este tipo de tecnologia denomina-se por Coluna de Água Oscilante (CAO). A onda

faz variar a coluna de água dentro da estrutura. Este variação faz com que a coluna de ar

dentro da estrutura sofra variações de pressão, criando um fluxo de ar que passa através de

uma turbina que esta associada a um gerador eléctrico. Deste modo a energia das ondas é

transformada em energia eléctrica

Fig. 10 – Exemplo de funcionamento de uma central de ondas

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5.1 Vantagens

- Produz grandes quantidades de energia

- Tem um rendimento elevado comparado com outras tecnologias

- Adapta-se a Portugal pois é uma região costeira oceanica tem uma orla

marítima de grandes dimensões

5.2 Desvantagens

- Elevados custos unitários, de instalação e de manutenção

- Depende de factores climatéricos

5.3 Energia das Ondas em Portugal

Mais recentemente, e como a maior prova da emergência desta tecnologia em

Portugal, temos a instalação do modelo Pelamis (em baixo) ao largo da Póvoa de

Varzim. Este sistema tem um custo de 2.5 M € cada unidade, e gera cerca de 750 kW.

Cada unidade consegue produzir energia para sustentar cerca de 500 habitações.

Fig. 11 – central do tipo Pelamis

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6. Células de Combustível

O Hidrogénio é o elemento químico mais abundante no Universo, o mais leve e

o que contém o maior valor energético, cerca de 141 KJ/g. Este composto, constituído

quimicamente por um único electrão em torno do núcleo, parece ser capaz de muito,

pois ao ser extremamente leve, as suas forças de ionização são baixas permitindo extrair

o electrão que orbita, ionizando o hidrogénio. Este electrão é suficiente para se produzir

uma corrente eléctrica. Além de abundante, permite através de células de combustível

produzir electricidade e retornar vapor de água, eliminado a emissão de gases de efeito

de estufa na produção de electricidade. A nível dos transportes permite através de

motores diferentes suplantar os motores de combustão em eficiência e consumo, sem

mencionar o factor "emissões zero".

As células de combustível são sistemas electroquímicos que convertem a energia

de uma reacção química directamente em energia eléctrica, libertando calor. Funcionam

como as baterias primárias, mas tanto o combustível como o oxidante são armazenados

externamente, permitindo que a célula continue a operar desde que o combustível e o

oxidante (oxigénio ou ar) sejam fornecidos. Cada célula consiste num electrólito entre

dois eléctrodos (o ânodo e o cátodo).

Tipos de Células de Combustível

•Células de Combustível de Membrana de Permuta de Protões

•Células de Combustível de Ácido Fosfórico

•Células de Combustível de Carbonato Fundido

•Células de Combustível de Óxido Sólido

Fig. 12 – Exemplo de funcionamento de uma célula de combustivel

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6.1 Vantagens

- Elemento mais abundante no universo;

- Fonte renovável de energia;

- Não é tóxico, corrosivo ou cancerígeno;

- Por não conter nenhum átomo de carbono não emite CO2, não

contribuindo para a degradação da camada de ozono;

- Embora seja inflamável, tem rápida dispersão e alto coeficiente de

difusão;

- Possui quantidade de energia por unidade de massa maior que qualquer

outro combustível conhecido;

- A sua utilização em Células a Combustível produz apenas energia e

água.

6.2 Desvantagens

- Nunca se encontra isolado na natureza, encontra-se sempre combinado

com outros elementos;

- Os processos de extracção são poluentes;

- Encontra-se sob a forma gasosa, para estar sob a forma liquefeita é

necessário estar a -250ºC

- O seu armazenamento ocupa muito espaço e rende pouco;

- Sendo o elemento mais pequeno pode escapar de qualquer deposito por

muito bem selado que ele esteja;

6.3 Células de combustível em Portugal As células de combustível em Portugal ainda não passam de projectos de

demonstração ou de investigação a nível dos Institutos de Investigação ou

Departamentos universitários.

De todos os projectos levados a cabo nestas instituições, a que tem mais

relevância é o Projecto CUTE (Clean Urban Transport for Europe), cujo objectivo é

desenvolver e demonstrar um sistema de transporte livre de emissões e com baixo ruído

que tem um grande potencial para reduzir a emissão de gases de efeito de estufa.

Para se atingir este objectivo haverá um total de 27 autocarros que circularão no

Porto e que serão construídos pela EvoBus baseados no modelo Citaro da Mercedes

Benz.

Fig. 13 – Protótipo a hidrogénio da Mini

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7.Sistemas de Concentração de

Energia Solar

A tecnologia CSP (Concentrating Solar Power), ainda não utilizada em Portugal

mas com mais de 20 bilhões de dólares de investimento nos USA e a criação da maior

central CSP na Austrália, é uma variante da tecnologia fotovoltaica, mas, em vez de

usar directamente a energia solar que capta, reflecte-a e concentra-a num só ponto ou

linha, criando assim um raio de grande potência. Para criar tal raio, usa lentes e espelhos

que estão sistematicamente orientados para o sol, através dum sistema que garante a sua

correcta posição, acompanhando o movimento terrestre ao longo do dia. Desta forma

rentabiliza-se ao máximo a energia proveniente do sol.

A implementação da tecnologia CSP pode ser feita de diferentes maneiras:

Sistema reflector fresnel, linear trough e torre solar:

Nos sistemas linear trough e reflector fresnel a energia é concentrada numa só

linha. A luz solar é reflectida através de vários espelhos para um tubo semelhante aos

utilizados nos painéis fotovoltaicos normais. No interior desse tubo existe um liquido

que é aquecido devido ás altas temperaturas que o tubo atinge, sendo depois conduzido

para um permutador. O vapor de água obtido passa por uma turbina, fazendo-a girar. A

energia eléctrica é obtida através de um gerador acoplado á turbina. O que os distingue

são os espelhos usados em cada sistema, no reflector fresnel espelhos planos e no linear

trough espelhos curvos.

Já no sistema de torre solar, a luz é toda reflectida para um só ponto, onde se

encontra o mesmo líquido usado pelos

outros dois sistemas, tendo o líquido

um destino comum a todos eles.

O líquido usado é sal derretido e

garante uma enormíssima vantagem a

estes três sistemas pois tem a

capacidade de reter calor até 12 horas.

Sendo assim, quando é noite, as

turbinas continuam a trabalhar

utilizando o excesso de calor absorvido

durante o dia. O sal derretido não e

tóxico nem inflamável sendo portanto a

sua utilização bastante segura. Fig. 14 – Exemplo de funcionamento de um sistema de concentraçaõ solar

7.1 Sistema de Concentração de Energia Solar

Um estudo conduzido pelo Greenpeace juntamente com a Associação Térmica

Solar Europeia de Electricidade (ESTELA) e pela Agência Internacional de Energia

(IEA) revelou que em 2050, os desertos de todo o mundo podem fornecer 25% das

necessidades eléctricas mundiais. O estudo tem como base os sistemas CSP e diz que

seriam capazes de gerar cerca de 1500 GW.

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8. Conclusão Com este trabalho pudemos concluir que, actualmente, existe uma grande

preocupação pelas emissões de gases prejudiciais ao ambiente e pelo esgotamento dos

recursos naturais existentes no nosso planeta. Com isto, certos países desenvolveram e

continuam a desenvolver tecnologias que permitem a redução dos gases poluentes e a

dependência, por parte do Homem, dos recursos naturais, tais como o gás natural e o

petróleo.

Portugal é dos países que mais tem investido em fontes de energia renovável,

tais como eólica, hídrica e fotovoltaica. Estas tecnologias já se tornaram convencionais

no nosso país e produzem cerca de 30 % de energia eléctrica consumida pelos

portugueses. No âmbito de aumentar esta percentagem, Portugal foi o primeiro país do

mundo a construir uma central maremotriz capaz de produzir energia a partir das ondas

do mar. Apesar de ser ainda uma tecnologia emergente, deixa grandes expectativas para

o futuro como fonte de energia eléctrica.

No entanto, a nossa opinião é que Portugal podia investir em certas fontes de

energia que ainda estão em desenvolvimento como é o caso do hidrogénio pois este

elemento é o mais abundante do universo e também o mais energético, logo seria a fonte

de energia mais acertada para apostar. E a sua aplicação nas células de combustível faz

com que as emissões deste sejam apenas vapor de agua.

Deste modo, conclui-se que Portugal está no bom caminho para um futuro livre

de emissões de gases poluentes e energeticamente independente de fontes não

renováveis. No entanto ainda há um grande caminho a percorrer pois, apesar de tudo,

Portugal, e o resto do Mundo, ainda se encontraram bastante dependentes dos recursos

naturais que poluem o ambiente ou se encontram em via de extinção.

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9. Referências bibliográficas http://ec.europa.eu/energy/library/599fi_pt.pdf

http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/biologia/biologia_trabalh

os/energiasalternativas.htm

http://www.mundoportugues.org/content/1/1314/governo-portugues-aposta-energia-

hidrica/

http://aeiou.expresso.pt/gen.pl?p=stories&op=view&fokey=ex.stories/470146

http://www.cylex.pt/pesquisar/portugal/regiao-/localidade-/cp-/l1cy1-p_regiao1cy1-

_localidade1cy1--cp1cy1-_nome1cy1-fotovoltaica-s1.html

http://www.neo.aaualg.pt/Energiadasondas.htm

http://www.energiasrenovaveis.com

http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=26&I

D_area=6&ID_sub_area=18

http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=52&I

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http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=27&I

D_area=6&ID_sub_area=18

http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=13&I

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http://www.stefanelli.eng.br/webpage/celula-combustivel/celula-a-combustivel.html

http://resistir.info/energia/mito_hidrogenio.html

http://www.efacec.pt/PresentationLayer/efacec_projecto_00.aspx?idioma=1&area=2&c

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http://www.agencialusa.com.br/index.php?iden=14705

http://economia.publico.clix.pt/noticia.aspx?id=1350948&idCanal=57