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CONVERSÃO DE ENERGIA AULA 2 Prof. Samuel Polato Ribas 2 CONVERSA INICIAL A partir desta aula começaremos efetivamente a utilizar os conceitos de conversão de energia. Ao engenheiro cabe conhecer as formas de conversão renováveis e não renováveis, bem como os tipos de energia. Além disso, é preciso saber como converter os tipos de energia para que sejam aproveitadas de acordo com a necessidade de cada aplicação da melhor forma possível. Não podemos abrir mão aqui de abordar duas formas de obter energia elétrica: primeiramente por meio de usinas hidrelétricas e, em seguida, por meio de usinas nucleares. CONTEXTUALIZANDO Nesta aula, vamos estudar as formas de energia e quais delas são classificadas como renováveis e não renováveis. A tendência de utilização de energias renováveis será abordada, porém sem esquecer a importância das energias não renováveis, que ainda são a base do fornecimento de energia em alguns países com poucos recursos renováveis. Vamos ainda estudar com profundidade duas formas de conversão de energia bastante difundidas. Uma delas, renovável, a energia hidrelétrica, que possui uma alta capacidade de geração de energia. A outra, não renovável, a energia nuclear, que também possui alta capacidade de geração, mas que traz consigo alguns inconvenientes, por exemplo o destino de resíduos, o risco de acidentes e a tecnologia para o desenvolvimento de armas nucleares. Parece simples definir e entender quais são os tipos de energia, o que são energias renováveis e não renováveis e como obter energia elétrica, porém o conteúdo e a complexidade desse assunto vão além do que imaginamos e conhecemos. Mesmo sabendo o princípio, temos que conhecer como tudo acontece e de onde vem a matéria-prima para que a energia elétrica seja gerada. É isso é o que diferencia o engenheiro eletrico, que, entretanto, não deve estar preocupado apenas em saber de onde vem e como chegar ao objetivo final mas também deve saber avaliar como fazer e quais os riscos e impactos associados ao seu trabalho, quais os prós e contras, por que usar ou por que não usar certas formas de conversão de energia. 3 Pesquise Formas de converter os tipos de energia existentes. Procure exemplos de conversão de energia nas mais diversas formas. Por exemplo, é possível converter energia elétrica em sonora? Ou energia térmica em luminosa? TEMA 1 – FORMAS DE CONVERSÃO DE ENERGIA Nesta seção será feita uma abordagem geral das formas de conversão de energia, e as mais relevantes serão abordadas individualmente na sequência. Podemos, de forma geral, dividir os tipos energia em renováveis e não renováveis. Dentro desses dois grandes grupos, há várias formas de conversão de energia. Os tipos de energia conhecidos são: cinética, potencial, térmica, elétrica, química, nuclear, sonora, luminosa (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). É possível converter a energia de um tipo para o outro utilizando um processo adequado para isso. Como exemplo, podemos citar a conversão de energia elétrica em energia térmica e luminosa quando uma corrente elétrica passa por um elemento resistivo de tungstênio. Esse é o princípio de funcionamento de uma lâmpada incandescente, um tipo de lâmpada que não é mais usual. Todos os tipos de energia são, ao nível microscópio, exemplos de energia mecânica cinética ou potencial, associadas a algum outro fenômeno que, por fim, caracteriza o tipo de energia. As fontes de energia podem ser classificadas como fonte primária, que representa em que forma a energia se encontra disponível para ser convertida, e a maneira como ela será utilizada pode ser classificada de “uso final” (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). A Tabela 1 mostra algumas formas de energia associadas a suas fontes primárias e ao uso final. Tabela 1 – Formas de energia Fontes Primárias Tipo de Energia Usos finais Carvão Química Aquecimento Óleo combustível Química Iluminação Gás Natural Química Força motriz Urânio Nuclear Eletricidade Sol Radiante Processos químicos Fonte: Hinrichs, Kleinbach; Reis (2016, p. 52). 4 A transformação de energia das fontes primárias em usos finais ocorre por meio de um ou mais processos de conversão de energia. A energia elétrica, por exemplo, não é uma energia primária, e sim a conversão de energia química, nuclear ou solar. A partir deste ponto, vamos falar sobre alguns dos tipos de conversão de energia específicos. Vale ressaltar que não serão abordadas todas as formas de conversão de energia nem todas as suas formas de uso final. Inicialmente falaremos um pouco sobre a energia cinética, que é a energia associada ao movimento de um corpo. Ela é dada em função da massa e da velocidade de um corpo. Matematicamente pode ser escrita como 2 2mv EK ( 1 ) em que EK é a energia cinética, m é a massa do corpo e v é a velocidade com que o corpo se desloca. É importante observar que a energia é proporcional ao quadrado da velocidade, ou seja, à medida que a velocidade aumenta, a energia aumenta ao quadrado. Um dos exemplos de conversão de energia cinética em energia elétrica é o sistema de Flywheel. Esses sistemas funcionam como baterias eletromecânicas que armazenam energia cinética, que é convertida em energia elétrica à medida que esta é requisitada. Esses sistemas podem ser aplicados para compensar afundamentos de tensão na rede elétrica e como sistemas no- break. É uma tecnologia que está em plena evidência, pois, apesar da complexidade do sistema, é uma conversão limpa, que não gera resíduo. A Figura 1 mostra um sistema Flywheel desenvolvido pela NASA. Figura 1 – Sistema Flywhell 5 Outro tipo de energia mecânica, a energia potencial, é a energia associada à posição referente a um corpo, ou seja, a energia armazenada nele. A forma mais conhecida de energia potencial é a energia potencial gravitacional, associada à energia que um corpo ou uma massa possui em razão da sua posição inicial e sua posição em relação a outro ponto, sendo que este deslocamento se dará em função da ação da aceleração da gravidade. Matematicamente é dada por mghEP ( 2 ) em que EP é a energia potencial, g representa a aceleração gravitacional, e h a altura que um corpo se encontra em relação a sua posição final. Outra forma de energia potencial é a potencial elástica, que converte energia mecânica em movimento. Nesse caso, a energia do corpo ligado à mola é proporcional ao deslocamento da mola a partir da posição de equilíbrio, conforme mostra a Figura 2. Figura 2 – Exemplo de força potencial elástica Fonte: Bastos, 2013. Na Figura 2 existem dois exemplos de acúmulo de energia na mola. Primeiramente quando ela é comprimida, e depois quando ela é esticada. Nos dois casos há deslocamento em relação ao seu ponto de equilíbrio, também chamado de referência. Nesse caso, a energia acumulada pela mola é 2 2kx EPE ( 3 ) 6 em que EPE é a energia potencial elástica da mola, x é o deslocamento da mola, e k é uma constante de proporcionalidade chamada de constante elástica da mola. De forma resumida e estruturada, a Tabela 2 mostra algumas formas de conversão de energia. Tabela 2 – Conversões de energia Conversão de Para química Para elétrica Para calor Para luz Para mecânica Química Alimentos, plantas Bateria, célula a combustível Fogo Vela, fluorescência Foguete, Músculo animal Elétrica Eletrólise, galvanização Transistor,transformador Torradeira, lâmpada incandescente, vela de carro Lâmpada fluorescente, LEDs Motor elétrico, relé Calor Gaseificação, vaporização Termopar Bomba de calor, trocador de calor Fogo Turbina, motor a gasolina, motor a vapor Luz Fotossíntese, filme fotográfico Célula solar Lâmpada incandescente, irradiador solar Laser Abridor de portas fotoelétrico Mecânica Célula de calor Gerador, Alternador Freio de fricção Faísca de pedra Pêndulo, roda d’água Fonte: Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016, p. 54. TEMA 2 – ENERGIAS RENOVÁVEIS Podemos considerar como energias renováveis as que são provenientes de recursos naturais que são repostos com o passar do tempo ou que são inesgotáveis. Como exemplo, cita-se a energia proveniente do sol. Energias não renováveis são as que são provenientes de recursos que a natureza não repõe ou que leva um tempo muito grande para produzi-las novamente, como o petróleo, por exemplo. Em outras palavras, a quantidade com que a energia é consumida é muito maior que a velocidade com que ela é reposta. Além disso, em linhas gerais, as energias renováveis são aquelas que não geram resíduos para a natureza, ou geram resíduos que não causam impacto significativo. Ao contrário das energias não renováveis, cuja geração de resíduos e o descarte passam a ser problemas a serem resolvidos. A partir deste ponto, não falaremos mais de energia de forma geral. A partir daqui, estudaremos apenas a energia elétrica como sendo o nosso produto final. 7 Existem formas de energia que estão mais presentes no nosso dia a dia e, por isso, seu entendimento se torna algo natural, porém o número de formas de converter diferentes tipos de energia em energia elétrica é algo que se diversificou muito, principalmente na busca por novas formas de se obter eletricidade. A seguir, serão estudadas algumas formas de se obter eletricidade por meio de energias renováveis, e as mais relevantes serão estudadas com cautela no decorrer do curso de Conversão de Energia. Uma das fontes de energia renovável é a aquela proveniente do próprio planeta Terra. O uso da energia geotérmica consiste em utilizar a energia proveniente das camadas mais profundas da Terra. A crosta terrestre é formada por camadas e, à medida que nos aproximamos das camadas mais inferiores, o calor aumenta. Estima-se que 99% do nosso planeta está a uma temperatura superior a 1000ºC (Hodge, 2011). Seria muito bom poder utilizar essa energia em nosso benefício. Vamos analisar a Figura 3 em que as camadas da Terra são mostradas. Figura 3 – Camadas da Terra Fonte: Melo, 2017. O manto terrestre, a camada logo abaixo da crosta terrestre, já se encontra a uma temperatura acima de 1000 ºC. Este calor pode ser utilizado para a geração de eletricidade. Um dos sistemas é chamado hidrotérmico. 8 As fontes hidrotérmicas possuem vapor ou água quente disponível e representam as fontes geotérmicas mais fáceis de aproveitamento (Hodge, 2011), as quais são as mais adequadas para a geração de eletricidade, mas também são as mais raras. A Figura 4 mostra o esquema de um sistema geotérmico proveniente de fontes hidrotérmicas, ou seja, que utilizam o vapor. Figura 4 – Sistema geotérmico dominado pelo vapor. Fonte: Herrera, 2013. O vapor proveniente do poço perfurado passa por um separador de partículas para a remoção de partículas sólidas e entra na turbina com o vapor superaquecido. Quando sai da turbina, o vapor é condensado, resfriado em uma torre de resfriamento e reinjetado no condensador. A energia geotérmica ainda pode ser obtida por meio de processos de condensação dominados por líquidos, sistemas geopressurizados, a partir do magma, e por meio de sistemas geotérmicos aprimorados. Outro exemplo de energia teoricamente renovável e com recursos infinitos e pouco explorados é a energia proveniente dos oceanos, das marés e das ondas. A energia das marés, por exemplo, utiliza o movimento de subida e descida das ondas para gerar eletricidade indiretamente. O princípio básico é o mesmo da produção de energia hidrelétrica, ou seja, criar um reservatório nos períodos de maré alta e durante a maré baixa utilizar a água armazenada. O grande problema é que as marés possuem vários fatores que as influenciam, como o Sol e a Lua, por exemplo, o que dificulta a exploração dessa energia. 9 A energia das ondas também depende muito de fatores climáticos, pois dependem basicamente do vento e do movimento da Terra. Como a grande maioria dos recursos naturais, a energia disponibilizada é enorme. O que nos resta é saber como processar essa energia para aproveitar o seu potencial. Agora pense da seguinte forma: e se não precisássemos criar uma barragem e alagar áreas imensas para aproveitar o potencial energético dos rios? Isso já é uma realidade, porém em um estágio embrionário de desenvolvimento. Essa energia é chamada de hidrocinética. Consiste basicamente em fazer com que a força da correnteza dos rios forneça energia para uma turbina acoplada ao eixo de um gerador. A Figura 5 mostra uma foto de um pequeno protótipo desenvolvido para esse tipo de geração de eletricidade. Figura 5 – Protótipo de uma turbina hidrocinética. Segundo o fabricante da turbina, ela é capaz de gerar até 12kWh diariamente com uma correnteza de 2m/s. Outra energia renovável que está em evidência no cenário atual é a energia soltar fotovoltaica. Quando falamos desse tipo de energia, logo nos vêm à mente painéis fotovoltaicos, porém a energia solar também pode ser utilizada para aquecimento de água, por exemplo, num processo de conversão de energia radiante em energia térmica. 10 Falando especificamente de energia solar para fins de geração de eletricidade, esta já é uma realidade e vem recebendo incentivos cada vez maiores dos governos a fim de que o consumidor passe a se tornar gerador de energia a partir de microusinas instaladas no telhado de suas residências, conforme mostra a Figura 6. Nela, os painéis fotovoltaicos são fixados no telhado da residência, e a sua saída, em corrente contínua, é a entrada de um inversor que a converte em corrente alternada. Assim, a energia gerada pode ser injetada na rede da concessionária de energia, passando por um medidor bidirecional. Dessa forma, durante o dia, o consumidor de energia se torna fornecedor, abatendo na fatura de energia no final do mês o valor correspondente à energia elétrica que foi fornecida para a concessionária de energia. Figura 6 – Energia solar residencial ligada à rede elétrica Fonte: Sistemas..., 2017. Obviamente não conseguimos falar de todas as formas de energias renováveis, porém abordamos algumas não tão conhecidas, mas que existem e estão disponíveis para uso, basta desenvolvermos a tecnologia. TEMA 3 – ENERGIA HIDRELÉTRICA Aqui falaremos especificamente do princípio de usinas hidrelétricas e de seus componentes. 11 A energia elétrica gerada a partir de usinas hidrelétricas tem como princípio utilizar a energia potencial mecânica em energia elétrica. Em linhas gerais, o princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica é mostrado na Figura 7. Figura 7 – Esquema básico de uma usina hidrelétrica Fonte: Wikipedia, 2015. Na Figura 7, a água armazenada no reservatório possui energia mecânica potencial gravitacional. A partir da abertura da porta do canal, a água escoa pelo duto até chegar à turbina. Nessa etapa, a energia passa a ser cinética, pois há o deslocamento da água.Quanto a água bate na pá da turbina, faz com que ela se movimente e a energia é convertida em energia mecânica no eixo da turbina. Como o eixo da turbina está acoplado ao eixo do gerador, localizado na casa de força, isso faz com que ele gere energia elétrica nos seus terminais. A Figura 8 mostra em detalhes os processos de conversão de energia descritos. Existem três conversões de energia no procedimento de geração de usinas hidrelétricas: de energia potencial gravitacional para cinética, de cinética para mecânica novamente e, por fim, de mecânica para elétrica. A partir do momento em que se obtém energia elétrica, ela pode ser interligada ao sistema elétrico. 12 Figura 8 – Conversões de energia em uma usina hidrelétrica Fonte: Palestra..., 2008 Assim, podemos dizer que uma central hidrelétrica possui as seguintes partes constituintes básicas: a. Barragem: a montante, onde se encontra o reservatório; b. Captação e condutos de adução de água: onde a água passa até chegar à turbina; c. Casa de máquinas: onde se encontra o gerador movimentado pela turbina; d. Restituição da água: onde a água é devolvida para o leito do rio, a jusante. Tente você mesmo Para simular o sistema turbina-gerador, adquira um motor de prato de microondas. Não é necessário comprar. Normalmente basta ir até uma assistência técnica e solicitar a peça de algum equipamento danificado. Conecte uma lâmpada aos terminais do motor e gire o eixo com a sua mão. A lâmpada deverá ascender e, à medida que a velocidade imposta ao eixo aumentar, a luz emitida pela lâmpada se torna mais intensa. Nesse caso, a sua mão está desempenhando o papel da turbina e o motor, o papel do gerador. Ou seja, você está realizando uma conversão de energia mecânica em energia elétrica. 13 Analisando a Figura 7 e a Figura 8, fica claro que é necessária a construção de uma barragem para armazenamento da água. Desse modo, a construção de usinas hidrelétricas se dá em locais onde exista queda de água. Entretanto, a água armazenada na barragem pode sofrer alterações de volume, dependendo da época do ano, o que faz com que a energia potencial varie. Esse problema pode ser resolvido com a utilização de reservatórios que armazenam água no período de chuvas para posteriormente ser usada quando necessário, mantendo assim a energia potencial constante. As centrais hidrelétricas podem ser classificadas de acordo com a sua potência instalada: 1. Microcentrais hidrelétricas: até 100kW 2. Minicentrais hidrlétricas: entre 101kW e 1MW 3. Centrais geradoras hidrelétricas (CGH): até 1MW 4. Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH): entre 1,1MW e 30MW 5. Usina hidrelétrica de energia: acima de 30MW Podem também ser classificadas de acordo com a altura da sua queda- d’água, de acordo com a Tabela 3. Tabela 3 – Classificação de centrais hidrelétricas quanto a altura da queda (Hd) Segundo Souza, Fuchs e Santos (1990), as centrais hidrelétricas podem ainda ser classificadas segundo critérios como 1. Quanto à forma de captação de água: a. Centrais em desvio e em derivação b. Centrais em leito de rio ou de represamento 2. Quanto à forma de utilizar as vazões naturais: a. Centrais a fio de água. b. Centrais de acumulação. c. Centrais com regularização: diária, semanal, anual e plurianual. 14 3. Quanto à sua função no sistema: a. Centrais de base b. Centrais em flutuantes c. Centrais de ponta Assim, finalizamos nosso estudo sobre energia hidrelétrica. Nesta seção, verificamos quais são os tipos de conversão existentes em um sistema de geração hidrelétrico, além das partes básicas que o constituem. Além disso, foi feita uma sugestão de como fazer um breve experimento de conversão de energia mecânica em energia elétrica, simulando o funcionamento de uma usina hidrelétrica. TEMA 4 – ENERGIA NÃO RENOVÁVEL Como mencionado anteriormente, energias não renováveis são as que são provenientes de recursos que a natureza não repõe ou que leva um tempo muito grande para produzi-las novamente. Dessa forma, as energias não renováveis tendem a diminuir suas reservas com o tempo. Como exemplos de fontes de energias não renováveis podemos citar a energia proveniente do petróleo, do carvão, do gás natural e do urânio. Além disso, algumas fontes de energia não renováveis geram resíduos após serem utilizados para a geração de energia elétrica. O petróleo é uma fonte de energia fundamental atualmente. O “crackeamento” é o processo de quebra das moléculas de petróleo para obter seus derivados, por exemplo, gás e combustível, sendo que gás pode ser utilizado em usinas térmicas para a geração de energia elétrica. O carvão mineral é a segunda maior fonte de produção de energia, atrás do petróleo. O grande problema da utilização do carvão para a produção de energia elétrica é que sua queima libera para o ar substâncias que poluem a atmosfera, causam chuva ácida e contribuem para o efeito estufa. Para termos uma pequena amostra da poluição causada pela queima do carvão mineral, a Figura 9 mostra um exemplo de emissão de resíduos na atmosfera. 15 Figura 9 – Exemplo de emissão de resíduos pela queima do carvão A utilização do urânio enriquecido em usinas nucleares tem como principal desvantagem o descarte do lixo atômico. Atualmente, uma das formas de descartá-lo é fazendo pilhas de barris e enterrando em piscinas de resfriamento, recobertas com concreto, aço e chumbo. Os locais onde o descarte é feito não pode ser considerado totalmente seguro, não sendo recomendada a habitação ou cultivo de alimentos nesses locais. Embora possuam potencial energético elevado para níveis de produção de energia elétrica, o carvão mineral e o urânio tendem a ter sua utilização minimizada com o passar dos anos. Isso ocorre devido ao fato de as energias limpas estarem se tornando mais baratas, com potencial de geração cada vez maior devido ao desenvolvimento de novas tecnologias e, obviamente, por não gerarem resíduos de difícil descarte. Entretanto, para compreendermos como as energias não renováveis ainda são importantes, muitos países ainda possuem grande parte de sua energia sendo gerada a partir de fontes não renováveis. Para concluir, é inegável que fontes de energias não renováveis possuem uma alta capacidade de geração de energia elétrica, porém a geração de resíduos e o risco de acidentes, no caso de usinas nucleares, tornam a sua utilização pouco interessante. À medida que a tecnologia evolui e as fontes de energia renováveis se tornam economicamente e potencialmente mais baratas, tendem a gradativamente substituir as fontes não renováveis. 16 TEMA 5 – USINAS NUCLEARES Quando falamos de geração de energia elétrica a partir de fontes não renováveis, é inevitável falarmos de usinas nucleares. Toda a tecnologia envolvida, os riscos envolvidos e o possível potencial bélico a ser desenvolvido são temas a serem discutidos a partir de agora. O intuito aqui não é concluir se a energia nuclear é boa ou ruim, uma vez que toda tecnologia pode ser boa ou ruim, dependendo de como é utilizada, mas uma pergunta deve ser feita antes de tudo e caberá a você decidir ao final desta aula: a energia nuclear é uma alternativa viável ou não? Tudo se inicia a partir da descoberta de que a fissão nuclear (quebra do núcleo de um átomo) gera uma grande quantidade de energia. A partir deste princípio um grande leque de possibilidades foi aberto. Dentre eles, a sua utilização para a geração de energia elétrica. Qualquer núcleo podesofrer fissão, porém são poucos os isótopos de origem natural que sofrem fissão com a absorção de um nêutron de baixa energia. Um desses isótopos é o urânio-235, 235U, que constitui apenas 0,7% do urânio natural (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). Quando o 235U é bombardeado com feixe de nêutrons, acaba gerando o urânio-236, 236U, que se desintegra em Bário (143Ba) e Criptônio (91Kr) e mais 3 nêutrons, conforme mostrado na Figura 10. Figura 10 – Fissão nuclear Fonte: Adaptado de Ferreira, 2011. O resultado da fissão é composto de 3 nêutrons. Assim, eles podem ser utilizados para a fissão de outros núcleos de urânio-235, que vão emitir mais 3 nêutrons e assim sucessivamente, causando o que chamamos de reação em cadeia, a qual se torna autossustentável quando pelo menos 1 dos 3 nêutrons 17 liberados é absorvido por um núcleo de urânio-235, causando assim uma geração contínua de nêutrons. Essa reação ocorre dentro do reator nuclear, que utiliza como combustível o urânio 235U enriquecido de 2% a 3%. Urânio enriquecido é aquele cuja quantidade de 235 é aumentada por um processo de separação de isótopos. Para se ter uma ideia da quantidade de energia liberada pela fissão nuclear, 1kg de urânio-235 equivale a 3000 toneladas de carvão ou 14000 barris de petróleo. Para utilizar a energia proveniente da fissão nuclear, o processo deve ser realizado em um reator nuclear comercial, chamado de reator de água fervente, também conhecido como BWR, acrônimo do inglês boiling water reactor. A descrição a seguir é uma transcrição (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016) de como funciona um reator BWR. Saiba mais Como funciona um reator BWR O núcleo é a parte central do reator, onde o urânio que serve como combustível é agrupado para a geração de vapor para a turbina do gerador. Dentro do reator, o urânio é colocado em forma de pastilhas de dióxido de urânio enriquecido a 3%. Estas pastilhas (do tamanho aproximado de pequenas bolinhas de gude) são colocadas dentro de elementos combustíveis (com aproximadamente 4m de comprimento e 1cm de diâmetro) feitas de uma liga de Zircaloy. Os elementos combustíveis são agrupados em mais de 500 feixes ou agrupamentos, cada um com 50 a 70 elementos. Em um BWR típico, existem aproximadamente 35 mil elementos combustíveis, contendo por volta de 120 toneladas de combustível urânio. Os feixes são colocados e cobertos de água, como se fossem garrafas ou tubos de ensaio em uma bandeja de esterilização. No meio desses há entre 130 e 180 barras de controle. O núcleo e a água são confinados em um vaso de pressão do reator feito com chapada especial de aço com 6” capaz de suportar uma pressão interna de 1000lb/pol2. Uma barreira primária, feita de aço e rodeada por concreto de 1,2m a 1,8m, cerca o reator e boa parte do circuito primário de água de resfriamento. Essa barreira primária fica contida em um prédio hermeticamente fechado, conhecida como barreira secundária. Essa estrutura é composta por vários metros de concreto reforçado com aço, projetada para suportar impactos equivalentes ao da queda de um avião de passageiros a jato 747. (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). Essa descrição nos dá uma clara ideia de como é o reator nuclear em seu interior, ilustrado esquematicamente pela Figura 11. Podemos observar 18 que a água é aquecida a partir da energia liberada pelo reator, gerando, assim, o vapor-d’água que acionará a turbina a vapor, a qual, por sua vez, acionará o gerador elétrico. A Figura 12 mostra o ciclo completo de geração de energia em uma usina nuclear. Após a passagem do vapor pela turbina, ela se dirige a um condensador, e dele para a torre de resfriamento, que devolve água fria para o condensador. A energia elétrica nos terminais do gerador já pode ser conectada diretamente à rede elétrica. Figura 11 – Exemplo de reator nuclear Fonte: Adaptado de Alterima, 2012. 19 Figura 12 – Ciclo de geração de energia elétrica em uma usina nuclear Fonte: Adaptado de Energia..., 2016. Procure na internet fotos de reatores nucleares. É fácil encontrar fotos de seu interior, as quais nos dão uma noção exata de como ele opera. Não há nada muito diferente no processo de geração de energia nuclear, no qual é utilizada uma conversão de energia química em energia térmica, que aquece a água. O vapor possui energia cinética devido ao seu deslocamento. Essa energia é convertida em energia mecânica na turbina, que, por sua vez, gera a energia elétrica, que é injetada no sistema elétrico. O uso da energia nuclear traz vários riscos envolvidos. Vamos falar primeiramente sobre o risco de acidentes. Podemos citar três acidentes em usinas nucleares (talvez os três mais divulgados). O Primeiro deles ocorreu em 29 de março de 1979, na usina nuclear de Three Miles Island, no estado norte americano da Pensilvânia. Uma falha de operação causou uma falha mecânica, que gerou um sobreaquecimento e consequente derretimento da Unidade 2 da central nuclear. O segundo caso, e mais famoso, ocorreu em Chernobil, na Ucrânia, em 26 de abril de 1986, quando essa ainda fazia parte da União Soviética. Uma falha no reator da Unidade 4 causou uma explosão e um incêndio que emitiu níveis de radiação capazes de serem detectados em países vizinhos. Por muito tempo pessoas expostas à radiação desenvolveram câncer e outras doenças relacionadas. 20 O terceiro caso de maior repercussão ocorreu em 11 de março de 2011, em Fukushima, no Japão. Um terremoto de magnitude 9.0 causou um tsunami e causou danos a 3 dos 6 reatores da usina. Embora esse acidente tenha sido muito menos grave que o de Chernobil, a incerteza ainda durou por vários meses. Outro risco associado ao uso da energia nuclear é quanto à utilização de sua tecnologia para a fabricação de armas nucleares. É impossível não mencionar as duas vezes em que bombas nucleares foram utilizadas, em Hiroshima e Nagasaki, em agosto de 1945. Os bombardeios autorizados pelo presidente norte-americano Harry S. Truman deixaram duas cidades destruídas e mais de 200.000 mortos, sendo até hoje as duas únicas vezes que esse tipo de arma foi usado. Como mencionado anteriormente, a energia nuclear é realidade e possui um grande potencial energético para geração de eletricidade, com uma tecnologia já conhecida e dominada, mas os riscos a ela associados são ainda potencialmente maiores que em outros tipos de geração de energia. FINALIZANDO Nesta aula foram abordados os tipos de energia conhecidos e como podemos convertê-la para a forma que desejarmos, tendo como foco a geração de energia elétrica. Também foram feitas abordagens a respeito das fontes de energia renováveis e não renováveis além de mostrar as vantagens e desvantagens de cada uma de suas formas. Foram apresentados dois exemplos de formas de geração de energia elétrica: um deles utilizando energia renovável e outro utilizando uma fonte de energia não renovável. NA PRÁTICA Busque mais informações sobre energias renováveis e não renováveis. Busque vídeos e documentários sobre as formas de geração de energia a partir de fontes pouco conhecidas. Se você ficou mais curioso sobre energia nuclear, há documentários disponíveis sobre produção de energia elétrica e sobre os riscos envolvidos. Busque mais informações sobre formas de conversão de energia. Procure maneiras de transformar a energia no nosso dia a dia e de como 21 utilizá-la. Já pensou, por exemplo, em converter a sua própria energia em energia elétrica? Uma forma de fazer isso seria acoplar um gerador a uma bicicleta ergométrica.Busque outros métodos de gerar eletricidade. Você verá que não é tão complicado como parece. 22 REFERÊNCIAS BASTOS, K. Energia potencial gravitacional e Elástica. Energia mecânica. Físika na rede, 4 maio 2013. Disponível em: <http://fisikanarede.blogspot.com.br/2013/05/energia-potencial-gravitacional- e.html>. Acesso em: 10 set. 2017. COMPONENTES de usinas hidrelétricas. Alterima, 15 mar. 2012. Disponível em: <http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=20&InCdMateria=218&Co mponentes+de+usinas+hidrel%E9tricas>. Acesso em: 10 set. 2017. ENERGIA nuclear. Biboca ambiental, 16 fev. 2016. Disponível em: <https://bibocaambiental.blogspot.com.br/2015/08/energia-nuclear.html>. Acesso em: 10 set. 2017. FERREIRA, A. M. C. Energia Nuclear e seus riscos. Conselho Regional de Química – IV Região, 29 jun. 2011. Disponível em: <http://www.crq4.org.br/quimicaviva_energianuclear>. Acesso em: 10 set. 2017. HERRERA, P. 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Usina hidrelétrica, 4 jun. 2015. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica#/media/File:Hydroelectr ic_dam_portuguese.PNG>. Acesso em: 10 set. 2017.
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