UNIVERSIDADE SO FRANCISCO

CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

rea de Cincias Exatas e Tecnologia

por

Luiz Rafael Siqueira

Marcos Rosa dos Santos, Ms.

Orientador

Itatiba (SP), dezembro de 2011

i

UNIVERSIDADE SO FRANCISCO

CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

rea de Cincias Exatas e Tecnologia

por

Luiz Rafael Siqueira

Relatrio apresentado Banca Examinadora do

Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia

Eltrica para anlise e aprovao.

Orientador: Marcos Rosa dos Santos, Ms

Itatiba (SP), dezembro de 2011

ii

iii

DEDICATRIA

Dedico este trabalho a minha noiva, Andreza e aos

meus pais, Luiz e Aparecida, por acreditarem em mim e

por todo apoio e amor incondicional durante esta longa

jornada.

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeo ao meu professor e orientador Marcos Rosa

dos Santos pela ajuda no desenvolvimento deste

trabalho.

Agradeo a Deus por colocar todos os tipos de

obstculos e desafios em minha vida, pois vencendo

esses, me tornei forte.

Aos meus amigos, poucos, porm eternos.

Agradeo aos meus amigos e colegas de trabalho, por

todo apoio e ajuda nas pesquisas deste trabalho.

Agradeo aos colegas de graduao, pelos bons

momentos vividos nesses cinco anos de curso.

v

SUMRIO

LISTA DE ABREVIATURAS .................................................................................. vi

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... vii

LISTA DE TABELAS .............................................................................................. viii

LISTA DE EQUAES ............................................................................................ ix

RESUMO ..................................................................................................................... x

ABSTRACT ................................................................................................................ xi

1. INTRODUO ................................................................................................... 1

2. REVISO BIBLIOGRAFICA ........................................................................... 3

2.1. Atual Situao Energtica Brasileira ........................................................ 3

2.2. As Fontes Alternativas de Energia ............................................................ 4

2.2.1. Energia Solar ..................................................................................... 4

2.2.2. Energia Elica ................................................................................. 10

2.2.3. Energia Nuclear ............................................................................ 13

2.2.4. Novas Fontes Alternativas.............................................................. 14

2.3. Reeducao em Consumo Energtico ..................................................... 15

2.4. Prticas Sustentveis ................................................................................. 17

3. METODOLOGIA ............................................................................................. 20

4. RESULTADOS .................................................................................................. 26

5. CONCLUSO ................................................................................................... 27

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................... 28

GLOSSRIO ............................................................................................................. 32

vi

LISTA DE ABREVIATURAS

PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica

W Watt

kW Quilowatt

MW Megawatt

GW Gigawatt

TW Terawatt

F graus Fahrenheit [26]

C graus Celsius [25]

Wh watt-hora

kWh Quilowatt-hora

MWh Megawatt-hora

GWh Gigawatt-hora

TWh Terawatt-hora

m/s metros por segundo

CSPT Concentrated Solar Power Tower

SP So Paulo

d.C. Depois de Cristo

a.C. Antes de Cristo

COA Coluna Oscilatria de gua

RAA Regio Administrativa de Araatuba

CPU Central Processing Unit

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Painel fotovoltaico. [10] .................................................................................................... 6Figura 02 - Coletor Solar [16] .............................................................................................................. 7Figura 03 - Viso interna de um coletor solar. [10] ........................................................................... 10Figura 04 - Turbinas Elicas instaladas em alto-mar (Dinamarca) [18] ............................................ 11Figura 05 - Viso Interna de uma unidade elica [17] ....................................................................... 12Figura 06 - Funcionamento de uma Usina Nuclear [40] .................................................................... 14Figura 07 - Tabela informativa sobre a economia de energia [14] .................................................... 16Figura 08 - Instalao de uma das turbinas do BWTC [23]. .............................................................. 17Figura 09 - Bahrain World Trade Center [23]. ................................................................................... 18Figura 10 - Usina CSPT no Deserto [27]. .......................................................................................... 19

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 Potencia mdia, tempo de uso e consumo mensal de uma residncia. ........................... 21Tabela 02 Consumo dirio individual ............................................................................................. 23Tabela 03 Consumo mensal de uma residncia. ............................................................................. 24Tabela 04 Consumo mdio anual .................................................................................................... 24Tabela 05 Consumo mdio anual brasileiro .................................................................................... 25

ix

LISTA DE EQUAES

1 .................................................................................................................................................... 162 .................................................................................................................................................... 223 .................................................................................................................................................... 224 .................................................................................................................................................... 25

x

RESUMO

SIQUEIRA, Luiz Rafael. Fontes Alternativas de Energia. Itatiba, 2011. 44 f. Trabalho de

Concluso de Curso, Universidade So Francisco, Itatiba, 2011.

Atualmente o Brasil encontra-se numa fase em que no se deve negar nenhum tipo de fonte para a

gerao de energia eltrica. Com o objetivo de reduzir a ameaa de apago, preciso explorar o

potencial dos recursos naturais, a fim de reduzir o impacto ambiental e proporcionar estabilidade e

confiabilidade na gerao e distribuio de energia eltrica. Investir e incentivar os estudos sobre o

uso e viabilizao do uso de recursos renovveis como energia elica e solar, colocar em prtica

novas estratgias para incentivo da economia e uso consciente da energia eltrica, so apenas alguns

exemplos do que pode ser feito por todos para evitar uma nova era de racionamento de energia.

Palavras-chave: Fontes Alternativas de Energia. Recursos naturais. Energia solar. Energia elica.

xi

ABSTRACT

Currently, Brazil is at a stage where they should not be denied any kind of source for

generating electricity. Aiming to reduce the threat of a blackout, we must explore the potential of

natural resources in order to reduce environmental impact and provide stability and reliability in

generating and distributing electricity. Investing and encourage studies on the use

and feasibility of using renewable resources like wind and solar power put into practice new

strategies for stimulating the economy and the conscientious use of electricity, are

just some examples of what can be done by all to avoid a new age of rationing.

Keywords: Alternative Energy Sources. Natural resources. Solar energy. Wind energy.

1

1. INTRODUO

Entre o final da dcada de 90 e o inicio do sculo XXI, o Brasil enfrentou a delicada situao

de racionar energia eltrica a fim de evitar os cortes repentinos na distribuio da mesma. Isto foi

ocasionado por diversos fatores, entre os quais vivel pautar: o grande perodo sem chuvas, o que

impossibilitava a manuteno dos nveis das represas para a gerao de energia, e a carncia em

planejamentos e investimentos eficientes para a distribuio, transmisso e utilizao consciente da

energia.

Com a eminente possibilidade de ocorrerem inesperados apages (nome dado pelo povo e

pela impressa para os cortes repentinos de energia), o governo federal foi obrigado a adotar uma

estratgia radical para amenizar tal problema: racionamento do consumo de energia eltrica. A meta

era a reduo de 20% do consumo nacional (a regio Sul brasileira ficou isenta deste programa de

reduo, pois no sofreu com o problema nas represas, que estavam cheias no perodo). O plano

previa benefcios a quem cumprisse a meta e punies (multas) para quem no reduzisse o

consumo.

Esta campanha voluntaria foi necessria at fevereiro de 2002, pois ao final do ano anterior,

a intensidade de chuvas foi grande o bastante para normalizar o nvel das represas.

Segundo diversos economistas, cada cidado brasileiro teve em mdia um prejuzo de

aproximadamente R$ 300,00. Mas em contra fluxo dos prejuzos causados pelo racionamento,

houve um grande beneficio que rende e render grandes frutos: a busca e implantao de novas

tecnologias para a gerao de energia eltrica, independente do uso do ciclo da gua, tais como

energia solar (fotovoltaicas ou espelhos), energia elica, energia nuclear, biomassa, energia

maremotriz, etc.

Esses estudos por novas tecnologias possibilitaram tambm que outro problema fosse

resolvido (ao menos amenizado em certos locais): o problema da distribuio e transmisso de

energia para locais de difcil acesso.

Efetuando esses estudos sobre a situao das fontes alternativas de energia no Brasil e

comparando com pases em que as pesquisas e implantaes de tais encontram-se mais avanadas,

analisando o que cada pas, com potencial mais desenvolvido em cada segmento, desenvolveu no

sentido de melhoria e viabilizao e o que h de pesquisas para a melhoria continua de tais

tecnologias, podemos analisar o que poderia ser feito aqui.

2

A questo da reeducao no uso consciente da energia em conjunta com as fontes alternativas

de energia outro assunto que muito deve ser debatido e explorado, a fim de minimizar perdas

energticas por mau uso da energia eltrica (sendo a provida de qualquer fonte).

A meta deste trabalho tentar expor a realidade a qual o mundo esta convergindo, buscando

novas formas de gerao de energia, com um menor impacto ambiental e reduo dos custos para

implantao dessas novas tecnologias em locais estratgicos ou necessrios.

3

2. REVISO BIBLIOGRAFICA

2.1. Atual Situao Energtica Brasileira

O grande vilo nacional o desperdcio da energia eltrica, que cresceu muito nas ltimas

dcadas. Somado com o aumento natural do consumo, em torno de 12% da produo de energia

eltrica no Brasil desperdiada, no sendo utilizada em absolutamente nada, dados esses obtidos

pela pesquisadora junto a Eletrobrs. Essa porcentagem de desperdcio equivale ao consumo de

40% das residncias no Brasil, ou seja, aproximadamente 7.500 MW.

O crescimento do consumo eltrico brasileiro maior que a capacidade de gerao das

hidreltricas, termeltricas e nucleares desde 1995. Ento, combater o desperdcio passou a ser a

forma mais barata e limpa existente, pois alm de gerar economia, ajudaria a evitar maiores

impactos ao meio ambiente. [11]

Criado em 1985, o PROCEL foi institudo pelos Ministrios de Minas e Energia e da Indstria

e Comrcio, atravs da portaria 1.877, com o objetivo de promover a racionalizao do consumo

eltrico no Brasil, combatendo assim o desperdcio e ajudando a reduzir custos e investimentos

setoriais, consequentemente auxiliando na eficincia energtica [13]. Dentre algumas metas deste

programa estava reduo de 130 bilhes de kWh at 2015. Com isso era esperado a no

necessidade da instalao de 25 GW, equivalentes a duas usinas hidreltricas do porte de Itaipu.

Contando com a decrescente agresso ao meio ambiente, a economia desejada levaria o Brasil a ter

um ganho de R$ 34 milhes lquidos.

Independente do modo como feito o consumo, necessrio voltar o pensamento para a

gerao de energia atravs de recursos naturais. E estando esta viso ambiental somada ao saber de

que combustveis fsseis so fontes de energia no renovveis e altamente prejudiciais para o meio

ambiente, aumentar ainda mais a evidncia de que utilizar fontes alternativas com o intuito de

gerar energia extremamente necessrio.

Tratando-se de riquezas energticas, podemos classificar o Brasil como um grande

privilegiado. Considerado um pas tropical por contar com a maioria de seu territrio situado entre a

linha do Equador e o Tropico de Capricrnio, a incidncia solar abundante em grande parte do

ano, facilitando assim o uso e desenvolvimento de tecnologias baseadas na energia solar. Alm do

que, graas extensa costa marinha consegue-se aproveitar a fora e constante presena de ventos

(principalmente na regio Nordeste) para o uso de energia elica.

4

2.2. As Fontes Alternativas de Energia

Muito se menciona e questiona a respeito de fontes alternativas de energia, como sua eficincia,

praticidade, confiabilidade, entre outros. Pode-se listar como as mais conhecidas s fontes citadas

abaixo:

Energia Solar (Clulas fotovoltaicas, coletor solar ou espelhos); Energia Elica; Energia Nuclear;

Mas no so somente estas trs acima citadas que figuram no cenrio energtico atual.

Existem outras fontes, ainda em processo de evoluo tecnologia ou restritas a determinadas

regies. Dentre essas se tm: Energia maremotriz, energia das ondas, energia geotrmica e energia

hidrulica.

2.2.1. Energia Solar

uma das tcnicas alternativas mais conhecidas, junto com a elica e a nuclear. Consiste na

capitao da irradiao solar constante, por placas fotovoltaicas ou atravs do uso de espelhos.

Existem registros do sculo 1, onde Hero de Alexandria (10 d.C. - 70 d.C.), j fazia uso da energia

solar, usando a mesma para alimentar um dispositivo para bombeamento de gua [9]. H tambm

registros que em 1767, um inventor suo chamado Horace de Saussure, tenha construdo uma

caixa quente de vidro, com duas caixas dentro da mesma. Em algumas horas, uma das caixas

chegou a 228 F (aproximadamente 109 C).

Nos ltimos 30 anos, a aceitao no uso de energia solar para diversas necessidades, vem

ganhando grande destaque, principalmente em pases classificados como tropicais e subtropicais,

igualmente o Brasil, que ficam prximos linha do Equador, pois possui grande incidncia solar ao

decorrer do ano, o que facilita o uso da tecnologia.

A constante utilizao da energia solar empregada por trs caractersticas:

- Capacidade de Renovao;

- Impacto Ambiental;

- Viabilidade de Utilizao;

Em virtude do Sol, ser praticamente uma inesgotvel fonte de energia, existe a contribuio

para que o mesmo possa ser empregado em grande escala na substituio das fontes de energia.

Comparada ao uso de energias fsseis ou nucleares, que sem o cuidado especifico tendem a

5

ocasionar danos irreversveis ao meio ambiente, vindo a inviabilizar a aplicao em conjunto com

fontes consumidoras, esta possui proporo menor a impactos ambientais, alm de eliminar a

necessidade do transporte por grandes distncias.

O uso constante da energia solar pode ser prover de duas formas: fonte de luz e calor ou para

gerao de energia eltrica. A primeira forma pode ser feita atravs de coletores solares trmicos,

que captam a luz solar e transformam a mesma em calor, podendo ser utilizado diretamente para

aquecer a agua para uso domstico. Outra forma a converso direta da energia solar em energia

eltrica, fazendo uso de clulas fotovoltaicas, que so revestidas de semicondutores que ao

absorverem a luz, produzem uma pequena corrente eltrica.

Infelizmente os custos de fabricao e manuteno dessas clulas e coletores so elevados,

inviabilizando o uso comercial, restando apenas o uso em micro usinas eltricas, sendo essas

localizadas em regies distantes das tradicionais fontes geradoras (hidro ou termoeltricas). [9]

Como dito anteriormente, a energia solar classificada como uma fonte renovvel,

inesgotvel e gratuita, representando assim uma soluo para diversos problemas ocasionados pela

falta de energia ao redor do mundo. Em pases tropicais, como o Brasil, a utilizao desta fonte de

energia pode e deve ser utilizada ao mximo. Caracterizados por apresentarem elevadas extenses

territoriais e estarem situados em zonas tropicais, dispem de alta incidncia de radiao solar,

tornando vivel o desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a transformao da energia solar

em energia trmica, eltrica, entre outras. Assim sendo, muitos julgam como prematuras as

iniciativas para utilizao de centrais termoeltricas e nucleares no Brasil, sendo que este ostenta de

um potencial energtico excelente para utilizao de fontes renovveis, que explorado apenas

parcialmente, e carece de mais programas intensivos de conservao de energia e incentivos para a

fabricao de equipamentos com custo acessvel.

Como simples exemplos de aplicaes, a tecnologia solar pode ser utilizada em vrios setores,

desde a converso da radiao solar em energia trmica, e em energia eltrica, at em processos de

secagem. Abaixo alguns exemplos:

- Aquecimento de gua;

- Secagem de produtos agrcolas;

- Gerao de vapor;

- Converso fotovoltaica: bombeamentos, iluminao, refrigerao, etc. [10].

6

O Painel Fotovoltaico Dispositivo/equipamento constitudo basicamente por clulas solares (aproximadamente trinta e

seis clulas por painel) largamente usado para converter energia solar em energia eltrica. Atravs

do efeito fotovoltaico as clulas realizam a converso de energia solar em eltrica. Esse efeito gera

uma diferena de potencial eltrico em virtude da radiao, gerando assim energia eltrica.

Tecnicamente falando, essa clula solar realiza um trabalho de acordo com o princpio de

que os ftons incidentes colidem com os tomos de certos materiais, o que provoca um

deslocamento dos eltrons, que por sua vez esto carregados negativamente, o que faz gerar uma

corrente eltrica. Ao contrario do que muitos pensam este processo de converso independente do

calor, pelo contrrio, o rendimento da clula solar cai proporcionalmente ao aumento da

temperatura.

Sendo assim, clulas solares so apropriadas no somente para regies ensolaradas, como

tambm em locais de baixa insolao, onde outros tipos de equipamento solares no atendem as

expectativas. Mesmo com o cu nublado, as clulas solares podem operar e com o mesmo

rendimento de como se estivesse sob a luz direta do sol.

Um ponto importante para as clulas solares para a converso de luz solar em energia

eltrica a ausncia de produtos poluentes.

Figura 01 - Painel fotovoltaico. [10]

A utilizao de painis fotovoltaicos para converso solar-eltrica vivel comercialmente

para pequenas instalaes e seu uso muito vantajoso em regies remotas ou de difcil acesso.

7

Sistemas de comunicao e equipamentos eletrnicos com baixo consumo de potncia

podem ser alimentados por painis fotovoltaicos sem problemas.

Coletor Solar

Diferente do painel fotovoltaico, este utiliza a energia solar para realizar o aquecimento de um

fluido (normalmente a gua) e no para gerar energia eltrica.

O coletor solar a principal parte de um sistema de aquecimento solar. responsvel por

absorver e transferir a radiao solar para um fluido atravs da energia trmica. Largamente

utilizados em aquecimento de gua de casas, edifcios, hospitais, piscinas, secagem de gros e

processos industriais de aquecimento.

O coletor solar ao receber a radiao solar, transfere a mesma para uma placa absorvedora. No

interior desta placa h tubos, que ficam em contato com placa, por onde escoa um fluido, que por

sua vez recebe a transferncia de calor, que ficou retida na placa.

Figura 02 - Coletor Solar [16]

8

O coletor solar caracterizado por uma caixa retangular rasa (geralmente feita de alumnio)

e coberta por uma estrutura de vidro. No interior da caixa existe uma serpentina (feita em cobre

devido sua alta condutividade trmica do mesmo), por onde feita a escoagem do fluido. Ao

redor desta existe uma superfcie tambm de cobre pintada de preto (placa absorvedora), com o

intuito de facilitar a absoro do calor, para posteriormente transferir serpentina e

consequentemente para a gua fria, quando a mesma passa pelos canos.

Para aumentar a eficincia trmica, feito um isolamento na parte inferior do coletor,

diminuindo assim as perdas de calor com o ambiente. A cobertura de vidro ao mesmo tempo em

que permite a entrada de radiao solar, tambm evita a perda de calor da placa absorvedora. Isto

acontece porque o vidro impede a ao externa do vento, sendo tambm uma importante vedao

para prevenir que haja umidade dentro do coletor.

Um sistema de aquecimento completo contm outras partes alm dos coletores solares. So

necessrios tambm:

- um reservatrio trmico;

- um sistema de circulao de gua;

- um sistema auxiliar para aquecimento eltrico.

Em perodos encobertos prolongados (dias nublados, por exemplo), a temperatura da gua no

reservatrio trmico tende a cair. Quando h uma queda de temperatura muito expressiva, a

resistncia do sistema de aquecimento eltrico auxiliar acionada por um termostato, fornecendo

energia suficiente para aquecer a gua armazenada. Porm, se o sistema for dimensionado

corretamente, este problema no dever acontecer.

Componentes de um coletor solar plano

Um coletor solar pode ser dividido tradicionalmente nas seguintes partes:

Placa absorvedora: principal componente do coletor solar plano. Responsvel pela funo de

absorver e transferir a energia solar para o fluido. Alumnio e cobre so os metais mais utilizado por

possurem alta condutividade trmica. A placa geralmente pintada com cores escuras,

principalmente preto, base de polister, acrlico ou epxi para obterem uma absoro de radiao

solar mais eficiente.

Mdulo: fabricado normalmente de alumnio para suportar e proteger todos os componentes do

coletor.

9

Cobertura: Revestida de vidro, o que permite ao mesmo tempo a passagem de radiao solar e

reduo da perda de calor para o ambiente.

Tubulao: Tubos, geralmente de cobre devido boa condutividade trmica, so interconectados e

atravs deles o fluido escoa pelo interior do coletor. Devido a grande condutividade trmica, o

cobre facilita a transferncia de calor entre a placa absorvedora e o fluido.

Isolamento trmico: Os materiais isolantes so caracterizados pela baixa condutividade trmica.

Estes so colocados de modo a diminuir as perdas trmicas, abaixo da placa absorvedora e nas

laterais do mesmo. Assim, ficam em direto contato com o mdulo que o reveste. Muitas vezes

usado l de vidro ou rocha ou espuma de poliuretano.

Vedao: Extremamente essencial para que no haver interferncias externas e reduzir as perdas de

calor para o meio ambiente, impede tambm a entrada de umidade, grande responsvel pela

degradao acentuada e acelerada de alguns dos componentes do coletor solar (tinta e isolamento).

recomendada a utilizao de silicone na vedao entre o vidro e o mdulo.

A instalao dos coletores pode ser feita na vertical ou na horizontal, dependendo somente

da situao ou necessidade na instalao. Em locais onde a altura limitada para a instalao, para a

mesma utilizada a posio vertical.

Para que a absoro da radiao solar seja a melhor possvel, os coletores so montados em

uma posio fixa. No hemisfrio sul, para obter um desempenho melhor, o coletor solar plano tem

sua face voltada para o norte.

10

Figura 03 - Viso interna de um coletor solar. [10]

2.2.2. Energia Elica

A utilizao da fora dos ventos, igualmente como da gua, foi uma das fontes de energia

mais difundidas pelo homem. Com a descoberta em 4000 a.C. de um tmulo sumeriano contendo

restos de um barco a vela, acredita-se nos indcios deste ter sido o primeiro uso histrico da energia

elica pelo homem. Entretanto, os fencios aparecem como pioneiros na navegao comercial, onde

comearam a utilizar, por volta de 1000 a.C., barcos movidos utilizando a fora dos ventos. Essas

embarcaes movidas vela sofreram constantes evolues at o desenvolvimento das caravelas no

sculo XIII e exerceram domnio dos mares at o inicio do sculo XIX. Aps isso, o domnio

passou a ser dos navios a vapor.

11

Figura 04 - Turbinas Elicas instaladas em alto-mar (Dinamarca) [18]

Muito conhecidos da literatura europeia, os moinhos de vento possuem indicaes datadas do

sculo X, onde os mesmo eram utilizados para bombear gua e moer gros. No decorrer dos dois

sculos seguintes, os projetos de moinhos eram feitos com o objetivo de obter o melhor

aproveitamento, respeitando as condies geogrficas e a direo dos ventos, podendo assim manter

o eixo motor em uma direo fixa. Nos Pases Baixos (Holanda), no perodo do sculo XV,

comearam a surgir os moinhos com cpula giratria, que permitiam posicionar o eixo das ps na

direo dos ventos. Com a Revoluo Industrial, foram necessrias modificaes nos moinhos de

vento para que os mesmos pudessem se adaptar constante velocidade que era necessria para

manter o ritmo de produo. neste perodo que so criados os primeiros sistemas de controle e de

potncia que permitiam aprimorar e integrar os moinhos de vento a estas unidades produtivas.

12

Figura 05 - Viso Interna de uma unidade elica [17]

A evoluo no desenvolvimento e aperfeioamento das tecnologias envolvendo energia elica

resultaram nas atuais turbinas elicas, que so usadas desde o inicio do dcada de 90 em pases

desenvolvidos. Grande parte desta evoluo foi subsidiada por fundos governamentais. As atuais

pesquisas esto centralizadas em novos materiais que possibilitem o desenvolvimento de novas

turbinas de maior porte e com potncia maior que as atuais (2 MW). Em locais como na costa oeste

dos Estados Unidos, norte da Alemanha e na Dinamarca, a energia elica usada como

13

complemento gerao eltrica tradicional. O Brasil, a regio litornea, em especial no Nordeste

onde se tem regimes de bons ventos, considerada adequada para receber instalaes de parques

elicos. 15 MW de energia j esto sendo gerados atravs da fora dos ventos no litoral do Cear,

sendo esta energia complementar rede, na grande maioria por iniciativa privada.

A gerao de energia atravs dos ventos se d atravs do impacto do mesmo com as ps,

fazendo as girar. Acoplada s ps existe uma haste que transfere a fora de rotao da mesma para o

rotor. Entre o rotor e o gerador eltrico h um multiplicador de velocidade, que justifica o nome

aumentando a velocidade no gerador, resultando em uma gerao de energia eltrica maior. O

principio de funcionamento das turbinas elicas para gerao de energia bem semelhante ao das

turbinas das usinas hidreltricas. A diferena est somente em qual elemento faz o rotor girar e

consequentemente o gerador eltrico.

2.2.3. Energia Nuclear

Energia Nuclear a denominao dada energia que mantm unidos prtons e nutrons

dentro do ncleo de um tomo. Uma forma de utilizar esta energia surgiu (infelizmente) na dcada

de 40, com a construo de bombas atmicas.

Responsvel por 16% da demanda energtica consumida no mundo, este fonte de energia

vista por muito como uma verdadeira vil, devido aos grandes acidentes envolvendo esta.

Porm a mesma definida atualmente como segura, devido aos altos investimentos em pesquisa e

desenvolvimento voltadas especialmente para segurana na gerao de energia atravs da energia

nuclear.

Assim como a energia gerada atravs dos ventos e da gua possuem semelhanas na

gerao, o mesmo ocorre com a Energia Nuclear. Atravs do processo de coliso de nutrons nos

tomos (normalmente urnio) gerada uma grande energia que tem como consequncia a elevao

da temperatura no momento e local da coliso. Esse calor gerado pela fisso responsvel por

aquecer uma grande quantidade de gua, produzindo assim vapor, que consequentemente

responsvel por girar uma turbina, estando esta acoplada ao gerador eltrico, que produzir a

energia eltrica. Existe tambm o processo de fuso e apesar deste processo liberar mais energia do

que consome, ainda no possvel controlar este processo, como ocorre com a fisso. A gua

possui dupla funo nas usinas nucleares, sendo a primeira descrita anteriormente (produo de

14

vapor para girar as turbinas) e a segunda a de controlar a temperatura no momento da fisso

evitando assim que o uranio superaquea e derreta o reator onde acontece a reao.

Figura 06 - Funcionamento de uma Usina Nuclear [40]

2.2.4. Novas Fontes Alternativas

Alm das 3 principais fontes alternativas de energia citadas anteriormente, podemos citar

outras fontes ainda no difundidas em grande escala.

Energia das Ondas

A mais de 200 anos este assunto vem sendo debatido e sempre quando h alguma crise ou

aumento no preo do petrleo, o assunto volta tona. Diversos mtodos j foram criados para

converter a fora das ondas em energia eltrica, entre esses mtodos podem-se citar:

- Terminadores, que so aparelhos que absorvem a energia das ondas estando estes na posio

perpendicular ao movimento das ondas. Este equipamento possui um componente que se move

conforme o movimento das ondas, funcionando como um pisto, movendo-se para cima e para

baixo pressurizando assim o ar ou o leo, que consequentemente acionar a turbina.

15

- Coluna Oscilatria de gua (COA), possui duas aberturas em sua estrutura, uma no fundo que

permite a entrada de gua e uma no topo, estreita e que permite a entrada e sada da coluna. Ao

encher a coluna com gua, as ondas criam uma presso que fora o ar a sair pelo buraco mais

estreito, onde fica localizada uma turbina (do tipo Wells) que tem como caracterstica o

funcionamento bidirecional, ou seja, tanto quando o ar entra ou sai pelo estreito buraco no topo, a

turbina entra em funcionamento, gerando energia [46].

Energia Maremotriz

obtida atravs da diferena entre as mars alta e baixa. Muito parecida com a gerao

atravs das usinas hidreltricas, feita uma barragem junto ao mar, criando assim um reservatrio,

na mar alta, a gua passa por uma turbina hidreltrica, do tipo bulbo, gerando energia. Na mar

baixa a mesma gua passa novamente por uma turbina (mas desta vez em sentido contrario)

gerando novamente energia eltrica [47].

2.3. Reeducao em Consumo Energtico

Porm, todo o esforo em desenvolvimento e pesquisas por novas alternativas de energia ou

at mesmo para viabilizar economicamente uma instalao de uma fonte alternativa, pode ser intil

se no houver uma reeducao em consumo energtico, que nada mais do que usar de forma

consciente a energia disponibilizada.

Prevendo isto, diversos institutos realizam estudos, ensaios e afins, em busca de novos

modos para minimizar o consumo energtico. o caso do trabalho desenvolvido na Regio

Administrativa de Araatuba (RAA) por pesquisadores da USP [14]. Este trabalho teve como

intuito principal analisar o potencial da RAA e indicar as possveis medidas para minimizar o

consumo energtico da regio, como a economia conseguida atravs da substituio das lmpadas

incandescentes por lmpadas compactas.

Na figura 07, extrada do trabalho feito na RAA, demonstrada a economia energtica

durante o ano somente com a substituio das lmpadas.

16

Figura 07 - Tabela informativa sobre a economia de energia [14]

A substituio das lmpadas representa uma economia de aproximadamente 75% no

consumo anual, conforme demonstrado abaixo:

126.916.312 31.729.077,97126.916.312

100% 75% 1

A economia acima apontada somente em relao questo de consumo. Apesar das

lmpadas compactas serem mais caras que as incandescentes, a vida til das mesmas justifica o

investimento, conforme apontado pelos pesquisadores da RAA. Com uma vida til de

aproximadamente 6.000 horas, o retorno no investimento em lmpadas compactas se dar em 15

meses.

17

2.4. PRTICAS SUSTENTVEIS

Com as informaes citadas nos captulos anteriores, possvel efetuar diversos estudos

para aplicao dos mesmos em diferentes regies, valorizando e explorando ao mximo os recursos

disponveis na localidade.

Como exemplo, podemos citar o uso dessas tecnologias na construo do Bahrain World

Trade Center (BWTC) [21], localizado em Manama, capital do Bahrein. Construda em 2008 pela

companhia dinamarquesa Ramboll [24], foi o primeiro arranha-cu com turbinas elicas integradas

ao design original. As turbinas foram fabricadas pela empresa Atkins [22]. As torres do BWTC so

interligadas por trs skybridges (passarelas) e em cada uma delas esta fixada uma turbina elica de

29 metros de dimetro, capaz de gerar 225 kW (cada uma) graas s constantes de ventos, com

velocidade em torno de 15 a 20 m/s. Com estas turbinas, esperado o fornecimento de 11% a 15%

do consumo energtico total dessas torres (aproximadamente 1,3 GWh por ano, valor este capaz de

fornecer energia para 300 casas durante 1 ano ou mais). Alm do fato de possuir as turbinas, o

design do BWTC foi idealizado com o objetivo de favorecer o uso da energia elica, pois as torres

foram projetadas para criar uma espcie de funil para o vento que vm da direo do Golfo Prsico,

concentrando-se nas turbinas, fazendo as trabalhar e gerar o mximo de energia possvel.

Figura 08 - Instalao de uma das turbinas do BWTC [23].

Outro fato ecologicamente correto no Bahrain World Trade Center o uso da luz natural do

Sol para iluminar grande parte das torres, como: salo principal, rea de recepo, etc. Porm nem

18

tudo pde ser aproveitado. Segundo o designer do BWTC, Shaun Killa, os painis solares perdem

eficincia devido s altas temperaturas, tornando assim a energia elica (conforme descrito acima)

na melhor forma de gerar energia de forma limpa e natural.

Como foi observado acima, nem sempre possvel mesclar entre duas alternativas ou mais.

necessrio um estudo detalhado das condies da regio, a fim de obter a melhor fonte alternativa

de energia.

Figura 09 - Bahrain World Trade Center [23].

Porm para tentar sanar este problema, pesquisadores da Universidade de Stanford, Estados

Unidos, descobriram um novo meio para gerar energia atravs da luz e do calor do Sol. O PETE

(Photon Enhanced Thermionic Emission) ou emisso terminica de ftons otimizada, como foi

apelidado carinhosamente, tem como objetivo superar a eficincia da converso fotovoltaica e das

usinas termossolares. A clula do PETE constituda pelos mecanismos qunticos de clulas

19

solares (que so eltrons excitados por ftons) e termais (que faz uso da energia termal para gerar

indiretamente atravs de um motor de calor). Revestindo um semicondutor com uma fina camada

de csio, possvel capacitar o material para gerar energia eltrica atravs de energia provinda da

luz ou do calor. Em paralelo a este descobrimento, cientistas do MIT anunciaram uma nova forma

de gerao de energia atravs de nanotubos de carbono [29].

Outro importante exemplo o do engenheiro americano Frank Shuman, que ergueu cinco

enormes torres em forma de espelhos na cidade egpcia de Meadi. Essas torres funcionaram como

refletores solares, concentrando a luz recebida em um tubo a 70 metros de altura.

Com o calor, a gua entrou em processo de evaporao e com este vapor encanado

conseguiu movimentar um motor de 65 cavalos. Foi o suficiente para bombear 6.000 litros de gua

por minuto do Rio Nilo para a plantao de algodo que ficava ali prxima [27].

Figura 10 - Usina CSPT no Deserto [27].

20

3. METODOLOGIA

Uma das maiores necessidades em explorar novas tecnologias para gerao de energia eltrica

em relao transmisso e distribuio da mesma para rea de difcil acesso. Os custos elevados

dos componentes para distribuir e transmitir a energia (torres, cabos, transformadores, estaes,

etc.) dificultam a aplicao de verba por parte do governo.

A utilizao de fontes alternativas tende a surgir como uma soluo imediata para esse

problema. E no somente utilizar uma fonte especifica, mas mesclar duas, com o intuito de obter

um melhor aproveitamento dos recursos naturais do local.

Com isso, necessrio antes de implantar um projeto realizar um estudo sobre a regio que se

deseja implantar algum sistema e verificar qual recurso natural (vento, gua, sol, etc.) tem a maior

abundncia. A necessidade deste estudo no sentido de focar qual a tecnologia alternativa mais

indicada para suprir em quase 100% do tempo necessidade do local.

Para efeitos de estudo, ser analisado como base uma residncia localizada em uma rea rural.

Abaixo, algumas informaes da regio, que sero levadas em considerao para o estudo:

Consumo mdio mensal da residncia: 300 kWh; Custo mdio de 1 kWh: R$ 0,46503185; Regio localizada no interior do estado brasileiro de SP, com boa incidncia solar e de

ventos;

Devido localizao da residncia, cogitou-se o uso de fontes alternativas junto com a rede

eltrica convencional para gerao de energia para o local. A principio o intuito do projeto seria

economia de energia eltrica e consequentemente, tornar a residncia alto sustentvel.

Alm dos dados a respeito da regio a ser estudada, preciso algumas informaes da

residncia, a fim de conhecer qual a necessidade energtica da mesma. Abaixo, esto listados

alguns aparelhos e equipamentos da residncia:

1 chuveiro (4.500 W); 15 lmpadas de LED (7 W) [42]; 2 televisores 20 (90 W); 1 geladeira (400 W);

21

1 Lavadora de roupas (1.500 W); 1 Computador (300 W) [43];

Os dados acima indicam a potncia caso o aparelho estivesse sendo usado em regime direto,

ou seja, sem interrupes. Na tabela abaixo so fornecidos alguns dados como base:

Tabela 01 Potencia mdia, tempo de uso e consumo mensal de uma residncia.

Aparelho PotnciaMdia(W) TempodeUsoHoras/ms ConsumoMensal(kWh)

Chuveiro 4.500 40 180

Lmpadas 7 180 1,260

Televisor 90 150 13,5

Geladeira 400 300 120

LavadoraRoupa 1.500 15 22,5

Computador 300 90 27

A partir desses dados e com o conhecimento do consumo mdio mensal da residncia

possvel iniciar o estudo para viabilizao do projeto.

Uma turbina elica capaz de gerar 600 W ser analisada com o intuito de descobrir se a

mesma suficiente para suprir as necessidades dessa residncia. Se a turbina funcionar

constantemente, 24 horas por dia, 7 dias por semana, tem se a gerao mensal de 432 kW.

Considerando que as lmpadas sero usadas somente ao anoitecer, o consumo das mesmas

no representar grande interferncia no consumo, pois cada uma consumir 7 W por hora. Se 4

lmpadas forem deixadas ligadas por 5 horas (das 18h s 23h) haver um consumo de 28 W por

hora. A utilizao de um televisor depende do habito de cada pessoa ou famlia. Para simular, ser

considerado o uso no perodo de 1 hora, durante o almoo, 1 hora, durante o jantar, 4 horas, para

perodos alternados durante o dia. O consumo do televisor de 90 W por hora, sendo assim ao todo,

o consumo durante o dia ser de 540 W.

22

A geladeira no tem funcionamento constante, ou seja, enquanto ela conseguir manter a

temperatura interna estvel, o motor de refrigerao no funcionar (por isso altamente

recomendado evitar abrir a geladeira sem necessidade ou demorar a fech-la). Considerando que

seja necessrio que o motor da mesma entre em funcionamento 2 vezes por hora e com perodo de

funcionamento de 5 minutos teramos:

40060

6,67 W/minuto 2

6,67

5 33,33 3

Com isso o consumo da geladeira ser de aproximadamente 66,67 W a cada hora.

O computador, composto pelo monitor, Unidade Central de Processamento (CPU), caixas de

som e impressora, possui um consumo mdio de 300 W e assim como outros equipamentos,

raramente utilizado diretamente (exceto em ambientes administrativos ou por pessoas que

trabalhem no regime de home office). Considerando o uso durante 3 horas ao dia, o consumo dirio

ser de 900 W.

A soma do consumo destes quatro itens representa um consumo de aproximadamente 485 W

por hora. Sem contar com o chuveiro e a lavadora de roupas, a turbina elica capaz de suprir a

demanda necessria da residncia.

Porm, devido alta potencia do chuveiro, a turbina no conseguiria suprir mais do que 7

minutos de banho. Alm que, enquanto o chuveiro estivesse ligado, o fornecimento de energia para

o restante da residncia poderia ser seriamente afetado.

O mesmo acontece com a lavadora de roupas, que consome 1.500 W por hora (25 W/minuto).

Por se tratar de um equipamento com motor, a turbina no seria capaz de manter o funcionamento

da mesma. Isto ocasionado pela alta corrente necessria para movimentar o motor. Sendo assim,

no bastaria analisar somente a potncia da turbina, mas tambm a corrente fornecida pela mesma.

A soluo para o problema do chuveiro pode vir com a utilizao de coletores solares, visto

nos captulos anteriores, que possuem como caracterstica principal converter a luz solar, de

qualquer intensidade em calor, at mesmo em dias nublados. Com isso, possvel interligar a gua

aquecida atravs do coletor junto com a gua vinda diretamente da caixa dgua para proporcionar

uma temperatura agradvel para a poca determinada.

23

Para sanar o problema da lavadora de roupas seria necessrio: ou uma turbina elica de maior

potncia e que fornea corrente suficiente ou utilizar a rede eltrica convencional. Como se trata de

um equipamento com motor, a corrente para mant-lo funcionando grande e dificilmente ser

possvel fazer isso, sem gastar um pouco mais.

Assim mesmo com investimentos em fontes alternativas de energia, explorando o potencial

individual de cada setor, necessrio ainda adotar novos costumes e perder vcios considerados

normais. A reeducao em consumo energtico seria uma forma de auxiliar paralelamente no uso

consciente da energia gerada.

A simples iniciativa de substituir as lmpadas incandescentes por lmpadas fluorescentes (por

exemplo) pode representar uma economia inicial de 75% no consumo eltrico de uma residncia

padro (adotando como mdia 6 lmpadas por residncia). Isso sem mencionar a economia gerada

nas trocas das lmpadas fluorescentes, que em mdia tem vida til 6 vezes maior em relao

incandescente. [14]

Uma forma sustentvel praticada em alguns locais aliar uma fonte alternativa de energia

com o uso consciente da mesma. Exemplo disso a substituio de chuveiros eltricos por um

sistema de aquecimento alimentado com energia solar. Neste caso, o uso de coletores solares ou

espelhos, pode ser utilizado sem problemas. Devido alta potncia do equipamento original

(chuveiro eltrico), que tem em mdia 4.500 W, possvel gerar uma economia considervel, aliada

troca das lmpadas, como mencionado anteriormente.

Se adotarmos como base uma residncia com 4 pessoas e cada uma tome 2 banhos dirios,

com mdia de 10 minutos cada banho, teramos o seguinte gasto:

Tabela 02 Consumo dirio individual

Habitantes por residncia 4

Banhos Dirios por habitante 2

Total de Banhos Dirios 8

Tempo Mdio dos Banhos por habitante (em minutos) 10

Tempo Total dos Banhos (em minutos) 80

24

Potncia Mdia do equipamento (em watts) 4.500

Energia gasta por banho (em Wh) 750

Energia total gasta diariamente (em Wh) 6.000

A tabela 02 acima refere somente aos gastos de um dia, de apenas uma residncia.

Prosseguindo com os clculos, podemos verificar o consumo mensal (usando como base o ms

como tendo 30 dias).

Tabela 03 Consumo mensal de uma residncia.

Consumo dirio (em Wh) 6.000

Quantidade de dias da utilizao do equipamento (em dias) 30

Consumo Total Mensal (em Wh) 180.000

Conforme a tabela 03, possvel verificar que o gasto mensal de uma residncia, somente

com banhos, de 180 kWh. Isso comprova que junto ao ferro de passar, o chuveiro eltrico a

grande preocupao na conta de energia mensal do brasileiro.

Levando em conta que no Brasil, estima-se que a populao esteja em aproximadamente

190.755.799 habitantes [15], podemos visualizar abaixo o consumo anual de um pas como o Brasil.

Tabela 04 Consumo mdio anual

Consumo mdio individual dirio (em Wh) [2 banhos dirios como base] 1.500

Consumo mdio individual mensal (em kWh) 45

Consumo mdio individual anual (em kWh) 540

25

Populao brasileira (em habitantes) 190.755.799

Consumo mdio dirio do Brasil (em GWh) 286,134

Consumo mdio mensal do Brasil (em TWh) 8,584

Consumo mdio anual do Brasil (em TWh) 103,008

Analisando bem a tabela 04, juntamente com as anteriores, possvel concluir que o Brasil

gasta aproximadamente 103 TWh. Isto somente com banhos dirios de 10 minutos. Para este caso

pode-se associar uma nova estratgia de consumo, reduzindo o tempo dos banhos (5 minutos em

mdia). Utilizando este parmetro podemos definir uma estratgia econmica, conforme colocado

abaixo.

Tabela 05 Consumo mdio anual brasileiro

Consumo mdio anual do Brasil (em TWh) [banho mdio de 5 minutos] 51,504

Com estes novos dados, obtidos na Tabela 05, podemos definir uma economia de

aproximadamente 50%.

103 51,504103

100% 49,996% 4

Com os dados obtidos acima, foi demonstrada uma economia de aproximadamente 50%. Isto

considerando que o chuveiro estivesse sendo utilizado na potencia mxima, de 4.500W, e apenas 5

minutos por banho. Porm, no comum fazer uso da potncia mxima do chuveiro diariamente.

Isto fica restrito aos dias frios do ano, que no Brasil, se caracterizam no perodo de 22/junho at

23/setembro, perodo do inverno, que tambm caracterizado por dias sem Sol ou de pouco

intensidade solar. Fora dessa poca, utiliza-se metade da potncia no chuveiro, o que tambm

representa uma grande economia. Fazendo uso de uma fonte alternativa, como o coletor solar,

possvel minimizar o uso da energia eltrica durante aproximadamente 8 ou 9 meses ao ano.

26

4. RESULTADOS

Mediante os resultados obtidos no trabalho desenvolvido possvel afirmar que foi obtido

xito na questo de implantar as Fontes Alternativas de Energia com o intuito de economia

energtica. Assim, somando os esforos para aplicao da reeducao do consumo, em conjunto

com as Fontes Alternativas possvel gerar resultados em mdio prazo.

Porm, na questo de autossuficincia, ainda cedo para se declarar independncia da

energia gerada por hidreltricas e termoeltricas. Para uso domstico, ainda necessrio mesclar a

energia convencional com a energia provinda de Fontes Alternativas. Isto devido o alto custo dos

equipamento para uso em residncia, que oferecem uma demanda energtica suficiente para

sustentar uma residncia de mdio porte. A atual tecnologia no capaz de suprir a necessidade

total de uma residncia, sendo assim necessrio utilizar um ou mais equipamentos, alm da energia

eltrica convencional em conjunto, para enfim minimizar gastos ou na tentativa de tornar o local o

mais sustentvel possvel.

27

5. CONCLUSO

Ainda preciso ampliar as pesquisas em torno das Fontes Alternativas de Energia para o uso

domstico. Os maiores obstculos atualmente para tornar o uso de fontes alternativas mais comuns

so os valores de compra e manuteno dos equipamentos, tanto para energia elica como para

solar, que s proporcionam um retorno para o investimento em longo prazo. por isso que todos os

estudos, investimentos e pesquisas para a busca de novas tecnologias que, alm de serem mais

acessveis, proporcionem um rendimento melhor ao longo do tempo, precisaro alm de incentivos

por parte do governo, na reduo de impostos ou na facilitao para exportao/ importao, ser

preciso divulgao. Isto deve partir por parte de pesquisadores e desenvolvedores no assunto, pois,

existe ainda muita resistncia e principalmente dvidas a respeito da eficincia dos sistemas elicos

e solares. A busca por conhecimento dessas alternativas deve ser incentivada pelos meio de

comunicao por intermdio da comunidade acadmica, a qual est o conhecimento a respeito da

mesma.

Quando se trata de pensar num futuro melhor e mais saudvel, preciso pensar globalmente

e agir localmente, somente assim podemos deixar para geraes futuras alm de um ambiente

melhor para viver, um bom exemplo de como se viver bem, pode ser conciliado a viver melhor.

28

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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Energia e as Questes Ambientais. So Paulo, 2010. 8f. Artigo Tcnico, Escola Politcnica da

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[11] http://www.institutoaqualung.com.br/info_ener41.html, acessado em 24/05/2011 s 01h15.

[12] http://www.eletrobras.com/elb/procel/main.asp, acessado em 25/05/2011 s 00h09.

29

[13] http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMIS0389BBA8PTBRIE.htm, acessado em

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[14] SANTOS, Marcos Rosa dos. Metodologia para o Cmputo e Valorao do Potencial

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30

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32

GLOSSRIO

Acoplar Estabelecer acoplamento. / Juntar dois a dois: acoplar o mdulo

espaonave.

Fisso Ruptura, ciso./ Fsica. Fenmeno que consiste na diviso de um tomo

pesado (urnio, plutnio) em dois ou mais fragmentos, graas ao

bombardeamento feito com nutrons, fenmeno do qual resulta a liberao

de uma quantidade enorme de energia.

Fuso Passagem de um corpo slido ao estado lquido, sob a ao do calor. (Sob

dada presso, a temperatura permanece constante durante todo o tempo de

fuso de um corpo puro.) / Unio de muitos tomos leves em alta

temperatura, dando origem a tomos mais pesados e ao desprendimento de

energia.

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