Tecnologias Aplicadas

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2015
Tecnologias aplicadas
Prof.ª Renata Joaquim Ferraz Bianco
Copyright © UNIASSELVI 2015
Elaboração:
Prof.ª Renata Joaquim Ferraz Bianco
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
333.714 
B578t Bianco, Renata Joaquim Ferraz
Tecnologias aplicadas /Renata Joaquim Ferraz Bianco. Indaial : 
UNIASSELVI, 2015.
 195 p. : il.
 
 ISBN 978-85-7830-879-7
 1.Impacto ambiental. 
 I. Centro Universitário Leonardo Da Vinci. 
Impresso por:
III
apresenTação
Olá, caros(as) acadêmicos(as)! Sou a Professora Renata J. Ferraz 
Bianco. É com grande satisfação que apresento a vocês o Caderno de Estudos 
de Tecnologias Aplicadas.
Estamos vivenciando a era tecnológica, na qual a tecnologia - leia-
se estudos aplicados - está à disposição de toda a humanidade, com o 
desenvolvimento de novos produtos de telefonia, informática, alimentos, 
automobilística etc. Contudo, um dos desafios da sociedade moderna é o de 
saber lidar, de forma saudável e consciente, com toda essa tecnologia. 
Um dos segmentos, atualmente, que mais sofre direta e indiretamente 
com todo esse avanço tecnológico é o meio ambiente. Por isso, cada vez mais é 
nosso compromisso conhecer essas tecnologias para manuseá-las de tal forma que 
consigamos minimizar os impactos ambientais e/ou reparar os danos causados.
A palavra tecnologia está associada à Ciência Aplicada e à Química, 
sendo uma das ciências responsáveis pelo estudo da composição, das interações 
e das transformações da matéria. Eu não poderia deixar de ajudá-los a estudar 
e a relacionar a disciplina de Tecnologias Aplicadas às diversas áreas de 
conhecimento, principalmente a área ambiental, que é o nosso objeto de estudo.
Quando usamos o termo Tecnologias Aplicadas, estamos nos referindo 
às várias áreas das ciências e inúmeras aplicações em diversos segmentos 
profissionais, ou seja, de que forma serão desenvolvidos meios e processos a 
fim de se evitar um impacto ambiental, minimizá-lo e/ou repará-lo. Apesar de 
alguns pontos negativos em termos ambientais, sem as tecnologias aplicadas 
a sociedade não teria atingido o patamar tecnológico em que se encontra nos 
dias atuais.
Com relação aos estudos do nosso caderno, na Unidade 1 iremos 
estudar as emissões gasosas, o controle de fontes estacionárias: qualidade do 
ar, o aquecimento global, a depleção de ozônio e a disseminação da tecnologia. 
Na Unidade 2 serão abordados os conteúdos de energia e eletricidade, 
as fontes de energia - solar, eólica e hídrica -, o funcionamento de veículos 
elétricos e a eletricidade por eletromagnetismo.
Finalizaremos o nosso Caderno de Estudos com a Unidade 3, onde 
iremos estudar o átomo e a energia nuclear, a teoria atômica e radioatividade, 
as aplicações da fissão nuclear e da fusão nuclear.
Bom estudo!
IV
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades 
em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o 
material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato 
mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação 
no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir 
a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade 
de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto 
em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
UNI
V
VI
VII
sumário
UNIDADE 1 – FUNDAMENTOS CONCEITUAIS .......................................................................... 1
TÓPICO 1 – CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR ................ 3
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3
2 QUALIDADE DO AR: LEIS E NORMAS ....................................................................................... 5
2.1 OS ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA E A QUALIDADE DO AR ....................................... 6
2.2 OBJETIVOS DO CONTROLE DA QUALIDADE DO AR ........................................................ 9
2.3 IDENTIFICAÇÃO DOS POLUENTES DO AR ........................................................................... 10
2.3.1 Poluente de “critérios” .......................................................................................................... 11
2.3.2 Poluentes Perigosos do Ar .................................................................................................... 12
3 DEFINIÇÃO DOS PADRÕES DE QUALIDADE DO AR ........................................................... 13
3.1 PADRONIZAÇÃO DOS POLUENTES “DE CRITÉRIOS” DO AR ......................................... 14
3.2 PADRONIZAÇÃO DOS POLUENTES PERIGOSOS DO AR .................................................. 14
3.3 FISCALIZAÇÃO DA QUALIDADE DO AR NAS REGIÕES .................................................. 15
3.4 ESTIMATIVA DOS NÍVEIS DE EMISSÕES DE POLUENTES ................................................. 15
3.5 CONTROLE DAS CONCENTRAÇÕES DE POLUENTES ....................................................... 15
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 16
RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 25
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 27
TÓPICO 2 – O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO ............................... 29
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 29
2 DEPLEÇÃO DO OZÔNIO ................................................................................................................. 30
2.1 CAUSAS DA DEPLEÇÃO DO OZÔNIO .................................................................................... 32
2.2 CONTROLE DA DEPLEÇÃO DO OZÔNIO .............................................................................. 34
2.2.1 Controle de Depleção do Ozônio nos EUA ....................................................................... 34
2.3 IMPOSTO ESPECIAL SOBRE A PRODUÇÃO DE SUBSTÂNCIAS 
 DESTRUIDORAS DE OZÔNIO .................................................................................................... 35
2.3.1 Mercado de permissões para substâncias químicas prejudiciais ao ozônio ................. 37
3 GASES DE EFEITO ESTUFA E AQUECIMENTO GLOBAL ...................................................... 37
3.1 EFEITOS POTENCIAIS FUTUROS .............................................................................................. 40
3.2 RESPOSTA INTERNACIONAL ...................................................................................................42
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 42
RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 46
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 49
TÓPICO 3 – DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA ....................................................................... 51
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 51
1.1 NÃO CONFORMIDADES COM OS PADRÕES ........................................................................ 52
1.1.1 Classificação dos padrões tecnológicos .............................................................................. 53
2 TECNOLOGIA UNIFORME ............................................................................................................. 53
2.1 TECNOLOGIA EM ESCALA GLOBAL ...................................................................................... 54
2.2 TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIAS .................................................................................... 54
2.3 CONHECIMENTO AMBIENTAL ................................................................................................ 55
VIII
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 57
RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 65
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 67
UNIDADE 2 – ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS ................ 69
TÓPICO 1 – FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA ......................................... 71
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 71
2 FONTES DE ENERGIA ...................................................................................................................... 71
3 CÉLULAS SOLARES ........................................................................................................................... 73
4 ENERGIA EÓLICA .............................................................................................................................. 76
5 SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA ................................................................................................. 79
5.1 ARMAZENAMENTO E ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA .......................................... 80
6 ENERGIA HIDRÁULICA .................................................................................................................. 82
6.1 SISTEMAS DE ENERGIA HIDRELÉTRICA ............................................................................... 84
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 87
RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 94
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 97
TÓPICO 2 – O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS ............................................. 99
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 99
2 BATERIAS COMUNS ......................................................................................................................... 100
3 CARROS ELÉTRICOS ........................................................................................................................ 102
4 CÉLULA DE COMBUSTÍVEL ........................................................................................................... 104
5 O HIDROGÊNIO E A SUA ECONOMIA ....................................................................................... 108
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 109
RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 112
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 114
TÓPICO 3 – ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMO ..................................................... 115
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 115
2 MOTORES ELÉTRICOS .................................................................................................................... 116
3 GERAÇÃO DE ELETRICIDADE ...................................................................................................... 117
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 120
RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 124
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 126
UNIDADE 3 – ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS ......... 127
TÓPICO 1 – TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE .............................................................. 129
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 129
2 ESTRUTURA ATÔMICA ................................................................................................................... 130
2.1 CAMADAS OU NÍVEIS DE ENERGIA ....................................................................................... 133
3 SEMELHANÇA ATÔMICA ............................................................................................................... 134
4 RADIOATIVIDADE ........................................................................................................................... 135
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 139
RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 144
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 147
TÓPICO 2 – APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR ...................................................................... 149
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 149
2 REAÇÕES EM CADEIA ..................................................................................................................... 151
IX
2.1 CONTROLE DA REAÇÃO DE FISSÃO NUCLEAR EM CADEIA ......................................... 152
3 ENRIQUECIMENTO DO URÂNIO ................................................................................................ 152
3.1 REATOR NUCLEAR X BOMBA ATÔMICA .............................................................................. 155
3.2 REATOR NUCLEAR BRASILEIRO EM ANGRA DOS REIS – RJ ........................................... 155
3.3 SEGURANÇA NOS REATORES NUCLEARES .........................................................................156
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 158
RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 165
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 168
TÓPICO 3 – APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR ....................................................................... 169
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 169
2 FUSÃO NUCLEAR .............................................................................................................................. 170
3 CONDIÇÕES PARA A OCORRÊNCIA DA FUSÃO NUCLEAR .............................................. 172
4 PERSPECTIVAS PARA A FUSÃO .................................................................................................... 174
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................. 175
RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 190
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 192
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 193
X
1
UNIDADE 1
FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir desta unidade, você será capaz de:
• apresentar os problemas da qualidade do ar e as soluções políticas que 
utilizam a ciência econômica como ferramenta analítica;
• analisar a política de Controle da Qualidade do Ar dos Estados Unidos da 
América e o seu processo que define o padrão de ar limpo;
• investigar o smog fotoquímico, poluição urbana e o método como os pa-
drões norte-americanos são aplicados por meio de controles que visam às 
fontes móveis;
• estudar as fontes de poluição estacionárias a fim de se diminuir a deposi-
ção ácida;
• discutir as políticas internacionais e suas propostas em relação ao aqueci-
mento global e à depleção do ozônio.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No final de cada um deles 
você encontrará atividades que o(a) auxiliarão a fixar os conhecimentos 
desenvolvidos.
TÓPICO 1 – CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE 
 DO AR
TÓPICO 2 – O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
TÓPICO 3 – DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
2
3
TÓPICO 1
UNIDADE 1
CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: 
QUALIDADE DO AR
1 INTRODUÇÃO
A atmosfera terrestre é composta, basicamente, por gases. Sabe-se que o 
Nitrogênio (N2) é o gás mais abundante, ocupando 90% da atmosfera; também 
estão presentes o Oxigênio (O2) e o Argônio (Ar), e o restante, a parte minoritária, é 
composta por vapor de água e sólidos dispersos, como cinzas, pólen, entre outros.
FIGURA 1 - COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA
FONTE: Disponível em: <http://meteoropole.com.br/site/wp-content/uploads/2011/09/
Atmosfera1.png>. Acesso em: 12 fev. 2015.
Vale a pena refletir em termos da composição de nossa atmosfera e o quanto 
ela influencia nossas vidas. Afinal, é nela que está presente o ar que respiramos e, 
apesar do nosso planeta ser chamado de planeta Terra, a maior parte é ocupada 
por água líquida, também encontrada no estado sólido e gasoso, contudo, a maior 
parte da atmosfera deste planeta é ocupada por gases.
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
4
Contudo, frente às evidências positivas da composição de nossa atmosfera, o 
homem, durante sua permanência neste planeta, não parece estar preocupado com 
a qualidade do ar que respiramos. Mesmo aqueles que conhecem cientificamente os 
efeitos deletérios que a poluição do ar causa à saúde dos homens, animais e plantas, 
apresentam-se dormentes à atual situação na qual se encontra o nosso ar atmosférico.
À medida que a população vem aumentando e que a tecnologia vem 
avançando com o intuito de favorecer a qualidade de vida e o conforto dos homens, 
contraditoriamente ocorre um desprezo em termos ambientais como um todo. 
Basta olharmos para fora da janela, seja ela de casa ou do carro, que encontramos 
fumaça saindo de chaminés, dos automóveis e de queimadas. Aquele ar puro, com 
cheiro de verde ou terra molhada, que sentia-se em meio a um jardim ou floresta, 
encontramos somente em um local arborizado atualmente.
FIGURA 2 - FONTES DE POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
FONTE: Disponível em: <http://meioambiente.culturamix.com/blog/wp-content/gallery/
principais-efeitos-da-poluicao-atmosferica-1/principais-efeitos-da-poluicao-atmosferica-13.jpg>. 
Acesso em: 12 fev. 2015.
Isso sim, realmente, é uma grande perda e é preocupante. Porém, os 
otimistas afirmam: ainda há tempo para as mudanças. Não vamos esperar a 
mudança ocorrer, vamos começá-la!
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
5
2 QUALIDADE DO AR: LEIS E NORMAS
Um dos objetivos mais importantes em termos de definição e determinação 
da qualidade do ar é o de definir o nível de qualidade que se quer admitir. Ou 
seja, quais são os critérios que estipularão a pureza do ar atmosférico. Nos Estados 
Unidos da América, por exemplo, os padrões da qualidade do ar são definidos a 
fim de se proteger a saúde dos homens e do meio ambiente. Nada mais coerente, 
contudo, sabe-se que este país ainda é um dos que mais lançam poluentes à nossa 
atmosfera.
Para se ajustar às normas em termos de qualidade do ar, devem-se 
considerar os cenários econômico e tecnológico disponíveis em determinada 
localidade, pois através deles consegue-se mapear quais são as substâncias 
que são nocivas à sociedade. Ainda mais: quanto dessas substâncias é possível 
tolerar?
Pensando como química, professora e cidadã, eu me pergunto: o mínimo 
tolerável de uma substância que se acumula no organismo humano e que só irá 
apresentar um sintoma após chegar ao seu limite tolerável é seguro?
A única certeza que se tem atualmente é a de que não se pode evitar 
totalmente o lançamento de poluentes na atmosfera e que minimizar esses 
problemas será um tanto oneroso. 
Pensemos em duas citações, por exemplo: qual o nível de dificuldade que 
iríamos enfrentar se não pudéssemos mais andar de carro? E se não pudéssemos 
mais utilizar os produtos têxteis? Realmente, uma pequena mudança de hábito 
parece não ser muito barata.
Alguns contaminantes na atmosfera são poluentes naturais, como 
pólen, partículas de poeira provenientes de erupções vulcânicas, gases da 
decomposição de animais e plantas e até mesmo de partículas de sal dos oceanos. 
Pelo fato de que esses poluentes ocorrem naturalmente, praticamente estão fora 
do controle humano. Outros contaminantes são poluentes antropogênicos, 
significando que são causados por atividades humanas. Esses incluem 
substâncias como o monóxido de carbono de escapamentos de automóveis 
e as emissões de dióxido de enxofre ocasionadas na geração de eletricidade. 
Embora esses tipos de poluentes sejam controláveis e, geralmente, apresentem 
um risco ambiental maior do que os contaminantes naturais, não podem ser 
evitados completamente sem ocasionar um custo de oportunidade enorme, 
ou seja, nenhuma atividade industrial. Consequentemente, temos de aceitar a 
realidade de que a qualidade de nosso ar não será sinônimo de poluição zero. 
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
6
FIGURA 3 - TIPOLOGIAS DE POLUIÇÃO DO AR
FONTE: Disponível em: <http://image.slidesharecdn.com/poluiodoar-110819144318-
phpapp01/95/poluio-do-ar-4-728.jpg?cb=1313783060>. Acesso em: 12 fev. 2015.
Mas qual nível de poluição é “aceitável” e como este pode ser 
determinado? Usando a ciência econômica, podemos identificar um nível 
eficiente de qualidade do ar no qualos benefícios marginais sociais decorrentes 
são equilibrados com os custos marginais sociais. A ciência econômica também 
pode ser usada na idealização de meios baseados no mercado e alcançar objetivos 
que visam à qualidade do ar. Essas teorias podem e, algumas vezes, realmente 
orientam as decisões políticas. Entretanto, a realidade da complexidade da 
administração governamental, incerteza científica e pressões políticas tendem 
a retardar ou até mesmo proibir a realização de uma abordagem econômica. 
É de especial interesse examinar como o governo usa padrões para definir 
a qualidade do ar e para avaliar as implicações econômicas da utilização de 
abordagem baseada em padrões (THOMAS, 2012).
2.1 OS ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA E A 
QUALIDADE DO AR
Em 1990, o presidente George H. W. Bush aprovou as propostas de mudanças 
às políticas de melhoria da qualidade do ar que constituíram as emendas à Lei do 
Ar Limpo (ELAL). Esse foi um ato histórico apoiado unanimemente no Congresso.
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
7
Antes da década de 1950, toda a legislação sobre a qualidade do ar nos 
EUA havia sido promulgada pelos estados e governos locais. Mesmo na época 
contemporânea, os governos estaduais e locais normalmente tomam a dianteira. 
O exemplo mais notável é o da Califórnia, cuja legislação frequentemente segue 
caminhos inusitados, que deu sua resposta direta ao problema da poluição urbana 
(smog) de Los Angeles. Em 1961, a Califórnia aprovou a primeira lei sobre a poluição 
do ar em nível estadual para controlar as emissões de veículos motorizados. 
Essa legislação foi aprovada após muitos anos de lutas entre as autoridades da 
Califórnia e a indústria automobilística dos EUA.
Em nível federal, a história das iniciativas de combate à poluição do ar 
é bem mais curta. Na verdade, não havia leis para a qualidade do ar nacional 
até a aprovação da Lei de Controle da Poluição do Ar de 1955, e não havia uma 
legislação verdadeiramente ampla antes da decretação da Lei do Ar Limpo em 
1963, quase um século após os governos estaduais e locais terem iniciado ações 
contra a poluição. A partir desse ponto, uma série de revisões e novas iniciativas 
contribuíram na formação da política ambiental dos EUA do modo que é definida 
atualmente.
Dentro dessa cronologia da evolução das políticas ambientais, o Congresso 
aprovou algumas das leis mais abrangentes de sua história: as emendas à Lei do 
Ar Limpo (ELAL) de 1990. Essas emendas traçam diretivas nacionais para reduzir 
os riscos da poluição do ar. As emendas de 1990 são extensas, compreendendo 11 
seções de estatutos novos e revisados (THOMAS, 2012).
O texto completo das ementas está disponível on-line em: <http://www.epa.gov/
air/oaq_caa.html/>
A administração Bush propôs uma iniciativa como emenda à legislação 
vigente. Formalmente apresentada ao Congresso como a Lei dos Céus Mais Limpos, 
a iniciativa propunha uma abordagem multipoluente e o uso de instrumentos 
baseados no mercado para reduzir as emissões de usinas de eletricidade. Quando 
o projeto de lei se consolidou no Congresso, a EPA continuou com um conjunto 
de ações chamado Regras do Ar Limpo. Estavam incluídas regulamentações que 
dispunham sobre poluição interestadual, mercúrio, ozônio troposférico (ou no 
nível do solo) e emissões de partículas finas, bem como emissões de equipamentos 
a diesel que operam fora das estradas (THOMAS, 2012).
DICAS
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
8
Um resumo abrangente está disponível em: <http://epa.gov/cleanair2004>.
Alguns dos textos dos capítulos nas emendas de 1990 já utilizam 
abordagens baseadas no mercado. Por exemplo, o Capítulo IV usa permissões 
negociáveis no controle das emissões de dióxido de enxofre e o Capítulo VI usa 
o mesmo para substâncias que provocam depleção de ozônio estratosférico. 
Entretanto, a estrutura de suporte da lei é orientada pela abordagem comando-
e-controle. Os objetivos das políticas, em especial, devem ser atendidos 
respeitando os padrões nacionais para a qualidade do ar, que definem 
efetivamente o nível de qualidade do ar comum para todo o país. Os padrões 
são implementados por meio de extensiva infraestrutura que facilita a 
supervisão federal. É possível que a uniformidade da abordagem seja obstáculo 
para conseguir eficiência alocativa ou custo-efetividade. Para esclarecer essa 
afirmação, iniciaremos pela investigação dos objetivos constantes no estatuto 
da Lei do Ar Limpo (THOMAS, 2012).
Para mais detalhes e atualizações dessa reforma política proposta, visitem: <http://
www.epa.gov/clearskies>
QUADRO 1 - RETROSPECTIVA DA QUALIDADE DO AR NOS EUA
LEGISLAÇÃO RESUMO
Lei de Controle de Poluição 
do Ar de 1955
Esta primeira lei federal sobre a poluição do ar era limitada, 
visando principalmente oferecer verbas federais a governos 
estaduais para pesquisa e treinamento.
Lei do Ar Limpo de 1963
A lei estabeleceu normas para fontes estaduais com relação 
às emissões e exigia que fosse constituído um comitê com 
a indústria automobilística a fim de estudar os efeitos das 
emissões de veículos motorizados.
DICAS
DICAS
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
9
Lei de Controle da Poluição 
d o A r p o r Ve í c u l o s 
Motorizados de 1965
Esta lei autorizou a Secretaria da Saúde, Educação e Bem-
Estar dos EUA a determinar padrões de emissões para 
veículos motorizados novos, mas não foi fixado nenhum 
prazo.
Emendas à Lei do Ar Limpo 
de 1965
A Secretaria da Saúde, Educação e Bem-Estar dos EUA foi 
autorizada a estabelecer os primeiros padrões em nível 
federal para fontes móveis.
L e i d e C o n t r o l e d a 
Qualidade do Ar de 1967
As Regiões de Controle de Qualidade do Ar (RCQA) devem 
ser estabelecidas. Os estados devem fixar e implementar 
padrões para a qualidade do ar do ambiente.
Emendas à Lei do Ar Limpo 
de 1970
Os Padrões Nacionais da Qualidade do Ar do Ambiente 
(PNQAA) foram estabelecidos para fontes estacionárias e 
os limites de emissões foram fixados para fontes móveis; 
ambos deveriam ser implementados por meio dos Planos 
Estaduais de Implementação (PEI). Foram estabelecidos 
Padrões de Desempenho para Novas Fontes (PDNF) em 
níveis mais rigorosos do que para as fontes existentes. 
Emendas à Lei do Ar Limpo 
de 1977
As Regiões de Controle de Qualidade do Ar (RCQA) foram 
reclassificadas em regiões que atendiam aos padrões e em 
regiões que não atendiam, para proteger as regiões que 
eram mais limpas do que o estabelecido nas exigências 
dos Padrões Nacionais da Qualidade do Ar Ambiente 
(PNQAA). Essas regiões foram identificadas como áreas 
de Prevenção de Deterioração Preventiva (PDS).
Emendas à Lei do Ar Limpo 
de 1990
Onze capítulos traçaram diretrizes para melhorar a 
qualidade do ar, incluindo regulamentos para obter 
PNQAA, cláusulas mais rígidas para sua execução 
e abordagens baseadas no mercado para controlar a 
deposição ácida e o ozônio estratosférico.
FONTE: Adaptado de: Stern (1982); Mills (1978); Portney (1990); Wolf (1988)
2.2 OBJETIVOS DO CONTROLE DA QUALIDADE DO AR
Os objetivos atuais dos EUA quanto à política para a qualidade do ar 
foram originalmente definidos na primeira e extensa lei federal sobre o controle da 
qualidade do ar – a Lei do Ar Limpo de 1963. Os principais deles são os seguintes:
• Proteger e melhorar a qualidade do ar da nação de modo a promover a saúde 
pública, o bem-estar e a capacidade produtiva de sua população.
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
10
FIGURA 4 - ILUSTRAÇÃO DE AR PURO
FONTE: Disponível em: <http://favim.com/orig/201105/26/ar-puro-
beautiful-bird-birds-black-and-white-brunette-Favim.com-55885.jpg>. 
Acesso em: 12 fev. 2015.
2.3 IDENTIFICAÇÃO DOS POLUENTES DO AR
Considerem a extraordinária responsabilidade de determinar quais poluentes 
são mais responsáveis pela poluição do ar e de fixar o nível no qual devem ser 
controlados. Um processo de tomada de decisões como este é complexo, considerando 
a ampla variedade de suscetibilidadeshumanas aos poluentes, a incerteza sobre os 
efeitos na saúde e no bem-estar – especialmente em longo prazo – e a enorme tarefa de 
avaliar os efeitos de várias combinações de poluentes (THOMAS, 2012).
Para alcançar os objetivos do país, o governo precisa entender os riscos da 
poluição do ar e a redução da poluição necessária para diminuir os riscos até um 
nível aceitável. A primeira etapa é identificar as principais causas da poluição do 
ar e isolar esses contaminantes considerados mais prejudiciais (THOMAS, 2012).
FIGURA 5 - POLUENTES ATMOSFÉRICOS
FONTE: Disponível em: <http://qualar.apambiente.pt/images/figura1.jpg>. 
Acesso em: 12 fev. 2015.
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
11
2.3.1 Poluente de “critérios”
Nos EUA, relatórios oficiais chamados de “documentos de critérios” 
apresentam evidências científicas sobre as propriedades e os efeitos de qualquer 
poluente conhecido ou suspeito. Essas evidências são usadas para identificar 
poluentes comuns do ar, conhecidos por apresentar um risco à saúde e ao meio 
ambiente. Oficialmente, esses poluentes “de critérios” são substâncias identificadas 
e conhecidas por serem perigosas à saúde e ao bem-estar. A partir de 2005, havia 
seis poluentes “de critérios”, de acordo com Thomas (2012):
• Material particulado (MP – 10 e MP – 2,5).
• Dióxido de enxofre (SO2).
• Monóxido de carbono (CO).
• Dióxido de nitrogênio (NO2).
• Ozônio troposférico (O3)
• Chumbo (Pb).
Poluentes “de critérios” são substâncias conhecidas como perigosas à saúde e ao 
bem-estar, caracterizadas como prejudiciais nos “documentos de critérios”.
Para maiores informações sobre esses notórios poluentes do ar, incluindo seus 
efeitos na saúde e no meio ambiente, acesse: <http://www.epa.gov/air/urbanair/pm/index.
html>
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DICAS
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
12
Um segundo grupo de contaminantes, identificado pela legislação dos 
EUA, é o dos poluentes perigosos do ar, ou tóxicos do ar. Eles não são poluentes 
“de critérios”, e podem contribuir para doenças irreversíveis ou aumento na 
mortalidade. O que distingue essas substâncias dos poluentes “de critérios” é que 
o risco a eles vinculado é muito maior, embora normalmente um segmento muito 
menor da sociedade seja afetado. As emendas à Lei do Ar Limpo, de 1990 (ELAL), 
incluem uma lista de 189 poluentes perigosos do ar identificados, que deve ser 
revisada periodicamente, conforme necessário. A partir de 2005, a quantidade de 
poluentes perigosos do ar identificados sob o controle da EPA era de 188. Antes de 
1990, somente oito dessas substâncias haviam sido identificadas e colocadas sob o 
controle da EPA. Exatamente devido a essa falta de regulamentação, uma política 
mais rigorosa foi aprovada nas emendas de 1990 (THOMAS, 2012).
Para maiores esclarecimentos sobre substâncias perigosas, visitem a página 
eletrônica sobre tóxicos do ar da EPA em: <http://www.epa.gov/ttn/atw/pollsour.html>
FIGURA 6 - FONTES E TIPOLOGIAS DE POLUENTES DO AR
FONTE: Disponível em: <http://images.slideplayer.com.br/8/1877545/slides/slide_5.jpg>. 
Acesso em: 12 fev. 2015.
2.3.2 Poluentes Perigosos do Ar
DICAS
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
13
Poluentes Perigosos do Ar são poluentes não classificados entre os “de critérios” 
que podem causar ou contribuir para doenças irreversíveis ou aumento na mortalidade.
3 DEFINIÇÃO DOS PADRÕES DE QUALIDADE DO AR
Uma vez que a EPA identifica os principais poluidores do ar, estabelece os 
padrões nacionais para eles. Os padrões fixam o nível máximo permitido para cada 
poluente a ser atendido por todas as fontes poluidoras. As duas maiores categorias 
de fontes potencialmente controláveis são as estacionárias e as móveis. Uma fonte 
estacionária é qualquer construção ou estrutura que emite poluição, como uma 
usina termoelétrica acionada pela queima de carvão. Uma fonte móvel refere-se a 
qualquer vínculo de transporte que gera poluição, como um automóvel ou caminhão.
Ao estabelecer os padrões nacionais, o governo federal implicitamente 
define a qualidade do ar para o país inteiro – uma prática que não é excluída dos 
EUA. Por exemplo, o Japão e alguns países europeus também usam um conceito 
de determinação de padrões para informar um nível aceitável de qualidade do 
ar. Embora as especificidades sejam diferentes entre os países, em quase todos 
os casos os poluentes do ar identificados coincidem com aqueles chamados de 
poluentes “de critérios” nos EUA (THOMAS, 2012).
Para uma visão geral das políticas ambientais de outros países, visite o Programa 
das Nações Unidas para o Meio Ambiente (UNEP – United Nations Environment Programme) 
em <http://www.unep.org>
FONTE ESTACIONÁRIA: Um produtor de poluição em local fixo. FONTE MÓVEL: 
Qualquer fonte poluidora não fixa.
DICAS
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UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
14
Os Padrões Nacionais da Qualidade do Ar Ambiente (PNQAA) determinam as 
concentrações máximas permissíveis de poluentes “de critérios” do ar.
Originalmente estabelecidos durante as emendas à Lei do Ar Limpo de 
1970, esses padrões foram revisados de tempos em tempos. De fato, a lei exige que 
os critérios e os padrões nacionais da qualidade do ar ambiente sejam revisados 
pela EPA a cada cinco anos (THOMAS, 2012).
Caro acadêmico, em meio a tudo o que estudamos até o momento, vale a 
pena refletir: a existência dos padrões que definem a qualidade do ar não significa 
que estamos livres dos poluentes “de critérios”. Mesmo em baixas concentrações, 
consideradas tolerantes, eles existem.
3.2 PADRONIZAÇÃO DOS POLUENTES PERIGOSOS DO AR
A Lei dos EUA também exige o estabelecimento dos Padrões Nacionais 
de Emissão para Poluentes Perigosos do Ar (PNEPPA), que são normas que 
visam proteger a saúde pública e o meio ambiente, considerando os custos para 
atingir os padrões, quaisquer impactos à saúde e ao meio ambiente pela falta de 
qualidade no ar, bem como a intensidade necessária. Os PNEPPA devem atingir a 
redução máxima possível de ser obtida para cada tóxico, referida como a máxima 
tecnologia de controle alcançável (MTCA), conseguindo a eliminação completa 
da substância (THOMAS, 2012).
3.1 PADRONIZAÇÃO DOS POLUENTES “DE CRITÉRIOS” DO AR
Os padrões para os seis poluentes “de critérios” são chamados de Padrões 
Nacionais da Qualidade de Ar Ambiente (PNQAA). Dentro desse grupo há duas 
subcategorias, primários e secundários:
• PNQAA PRIMÁRIOS são determinados para proteger a saúde pública, com 
alguma margem de segurança.
• PNQAA SECUNDÁRIOS têm o objetivo de proteger o bem-estar público.
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TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
15
Os Padrões Nacionais de Emissão para Poluentes Perigosos do Ar (PNEPPA) se 
aplicam a cada fonte importante identificada de qualquer poluente perigoso do ar.
3.3 FISCALIZAÇÃO DA QUALIDADE DO AR NAS REGIÕES
A determinação do status de cada região quanto ao cumprimento dos 
padrões e da avaliação da qualidade do ar no país depende de controle sistemático 
dos seis poluentes “de critérios”. Isso se consegue estimando o nível de emissões 
de cada poluente ou medindo realmente a concentração de cada um no ambiente 
em certo volume de ar (THOMAS, 2012).
3.4 ESTIMATIVA DOS NÍVEIS DE EMISSÕES DE POLUENTES
Nos EUA, os melhores métodos de projeção disponíveis são usados 
para obter estimativas anuais das emissões a mais de 450 categorias de fontes 
poluidores, que incluem quase todas as fontes antropogênicas. Estas são, depois, 
agregadas para determinar as tendências de emissões em níveis regional e nacional 
(THOMAS, 2012).
3.5 CONTROLE DAS CONCENTRAÇÕES DE POLUENTES
Os níveis de concentração de poluentes são atualmente medidos em 
locais com estações de monitoramento do ar localizadas por todo o país. A 
maior parte delas está em regiões urbanas caracterizadas por concentrações 
relativamente altas de poluentes e com exposição da população à poluição. 
Todas as estações relatam seus dados à EPA por meiode uma rede de 
monitoramento do ar (THOMAS, 2012).
Uma grande quantidade de informações sobre o monitoramento da poluição do 
ar nos EUA se encontra disponível em <http://www.epa.gov/oar/oaqps/montring.html>.
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DICAS
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
16
Poluição atmosférica: 
Refletindo sobre a qualidade ambiental em áreas urbanas
Paulo Roberto Russo 
Professor assistente do Curso de Geografia do Centro Universitário Moacyr 
Sreder Bastos (MSB), professor titular do Departamento de Geografia da Fundação 
Educacional de Duque de Caxias (FEUDUC) e membro do Laboratório de Climatologia 
e Análise Ambiental da Universidade Federal do Rio de Janeiro (CLIMAGEO-UFRJ), em 
Biblioteca Portal Educação Pública, Governo do Estado do Rio de Janeiro: http://www.
educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/biologia
Um breve histórico sobre a preocupação com a qualidade do ar: destaque para a 
realidade latino-americana
No início do século XX eram conhecidas as agruras da falta de água potável 
e de alimentos, mas julgava-se que o ar, necessário para a respiração dos seres 
humanos e de outros seres vivos, nunca deixaria de estar disponível de forma 
adequada à manutenção da vida. Contudo, a qualidade do ar tornou-se uma das 
maiores preocupações nesta virada de século.
Entende-se como poluição do ar a mudança em sua composição ou em 
suas propriedades, decorrentes das emissões de poluentes, tornando-o impróprio, 
nocivo ou inconveniente à saúde, ao bem-estar público, à vida animal e vegetal e, 
até mesmo, ao estado de conservação de determinados materiais. Diversos agentes 
podem ser percebidos como contaminantes atmosféricos. Alguns exemplos de 
agentes de origem natural são as brumas marinhas (bactérias e microcristais de 
cloreto e brometos alcalinos), produtos vegetais (grãos de pólen, hidrocarbonetos 
e alérgenos), produtos de erupções vulcânicas (enxofre, óxidos de enxofre, vários 
tipos de partículas, ácido sulfúrico, entre outros) e poeiras extraterrestres (material 
pulverizado de meteoritos que chegam à atmosfera); enquanto que os de origem 
artificial podem ser representados pelos radionúcleos, derivados plúmbicos e os 
derivados halogenados de hidrocarbonetos (COELHO, 1977, p. 156).
Ayoade (1998, p. 309) alerta que a poluição do ar afeta o clima das áreas 
urbanas de diversas formas. O próprio balanço energético das cidades sofre 
interferência, pois os poluentes refletem, dispersam e absorvem radiação solar. 
Muitos poluentes também servem de núcleos de condensação, sendo, portanto, 
abundantes no ar das cidades, cuja umidade já é substancialmente abastecida através 
da evaporação, dos processos industriais e dos automóveis, que emitem grandes 
quantidades de vapor d’água. Consequentemente, a tendência da precipitação é 
aumentar sobre as áreas urbanas. Contudo, os efeitos mais alarmantes da poluição 
atmosférica ocorrem na saúde da população urbana.
LEITURA COMPLEMENTAR
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
17
A poluição do ar é um problema complexo, devido não somente às 
dificuldades de identificar os reais efeitos dos contaminantes na saúde da 
população, mas ao enorme número de atores sociais envolvidos. A busca por 
uma solução conta obrigatoriamente com diversos setores da sociedade e esferas 
administrativas, tanto em âmbito nacional quanto internacional. Torna-se, assim, 
uma tarefa árdua desenvolver diretrizes de ação onde os mais variados interesses 
estão em questão.
É nesse contexto que a Geografia pode fornecer uma grande contribuição. 
Gallego (1972, p. 11-12) comenta que o geógrafo pode analisar o problema da 
poluição atmosférica aplicando dois princípios básicos de sua formação: o da 
distribuição espacial e o das correlações, no caso, existentes entre a poluição 
atmosférica, o sítio urbano, a densidade demográfica, as funções urbanas, os 
transportes e o ritmo dos tipos de tempo.
Dessa forma, a Geografia analisa a poluição atmosférica tanto como uma 
consequência das atividades econômicas quanto como um fenômeno que, ao mesmo 
tempo, é determinado e influencia o meio. Uma análise que considere os interesses 
sociais e os atributos geoecológicos dos locais afetados pode proporcionar medidas 
de planejamento que resultem em uma melhor qualidade ambiental nas cidades.
A poluição do ar realmente passou a ser considerada um problema 
ligado à saúde pública a partir da Revolução Industrial, quando começaram a ser 
adotadas técnicas baseadas na queima de grandes quantidades de carvão, lenha e, 
posteriormente, óleo combustível. O uso intensivo dessas técnicas acarretou a perda 
gradativa da qualidade do ar nos grandes centros urbano-industriais, com reflexos 
nítidos na saúde de seus habitantes. Portanto, a qualidade do ar deixou de ser um 
problema de bem-estar e passou a representar efetivamente um risco à população. 
Inicialmente, esse risco estava praticamente limitado aos trabalhadores de certas 
atividades, como os operários das minas de carvão, que frequentemente morriam 
devido às intoxicações causadas pelo ar insalubre do interior das minas. Com a 
intensificação das atividades urbano-industriais, esses episódios adquiriram maior 
abrangência espacial, passando a atingir de forma mais ampla a população das cidades. 
No século XX, os centros urbanos tornaram-se maiores e mais populosos, marcados 
pelo uso intenso e crescente de veículos automotores. Em decorrência disso, 
tornaram-se mais frequentes os episódios críticos de poluição do ar, apresentando 
como resultado muitas vítimas. 
Um desses casos, que despertou o interesse do meio científico, ocorreu na 
Bélgica, no Vale do Rio Meuse, de 1o a 5 de dezembro de 1930, quando uma espessa 
névoa cobriu essa zona industrial e a população foi acometida por sintomas como 
tosse, dores no peito, dificuldade de respirar, irritação na mucosa nasal e nos olhos.
No período de 27 a 30 de outubro de 1948, em uma cidade da Pensilvânia, 
a presença de um anticiclone, seguido de uma inversão térmica conjugada 
com a ausência de ventos, propiciou sobre a cidade a formação de uma névoa 
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
18
escura durante todo o período, tendo sido registradas 20 mortes e quase seis mil 
internações entre os 14 mil habitantes da cidade.
Em Londres, no ano de 1952, houve outro episódio que se tornou famoso 
pela sua gravidade. Os efeitos de uma “névoa negra” começaram a se manifestar 
através da proliferação de diversas moléstias contraídas principalmente pelos 
habitantes que sofriam de problemas pulmonares e circulatórios. Foram constatadas, 
na semana seguinte ao episódio, quatro mil mortes a mais do que o esperado. A 
curva de mortalidade somente se normalizou dois meses depois, quando havia se 
acumulado um total estimado de oito mil mortes além das expectativas.
Muitos outros episódios caracterizados por elevados índices de poluição 
atmosférica têm sido registrados nos grandes centros urbanos do mundo, como: 
Cidade do México, Los Angeles, Detroit, São Paulo, Londres, Tóquio e Osaka. Nessas 
concentrações urbanas, mesmo quando não são registrados episódios críticos, os 
níveis de qualidade do ar são tão ruins que seus habitantes ficam permanentemente 
expostos a uma frequência maior de doenças cardiorrespiratórias. Isso ocorre 
porque, mesmo com a presença de substâncias nocivas em baixas concentrações 
no ar, o risco reside no tempo de exposição, já que uma substância tóxica, mesmo 
que presente em pequena quantidade no ar, pode se tornar perigosa por seu efeito 
acumulativo no organismo.
Em termos de América Latina, o interesse quanto à contaminação do ar 
teve início na década de 1950, quando as universidades e os ministérios de saúde 
efetuaram as primeiras medições da contaminação do ar.
A Rede Panamericana de Amostragem de Contaminantes Atmosféricos 
(REDPANARE) teve suas atividades iniciadas em junho de 1967. Essa rede contava 
inicialmente com oito estações, e até o final do ano de 1973 possuía um total de 88 
estações distribuídas em 26 cidadesde 14 países. 
Em 1980, a REDPANARE foi incorporada ao Programa Global de 
Monitoramento da Qualidade do Ar, estabelecido em 1976 pela Organização 
Mundial de Saúde (OMS) e pelo Programa das Nações Unidas para o Meio 
Ambiente (PNUMA), como parte do Sistema Mundial de Monitoramento do Meio 
Ambiente. Em 1990, o Centro Panamericano de Ecologia Humana e Saúde da 
Organização Panamericana de Saúde realizou uma pesquisa sobre o estado dos 
programas de qualidade do ar na América Latina. Os resultados indicaram que 
somente seis países haviam estabelecido níveis de qualidade do ar, dez haviam 
desenvolvido redes de monitoramento, nove haviam preparado inventários de 
emissões, quatro haviam estabelecido estratégias de controle e quatro efetuaram 
estudos epidemiológicos.
A OMS estima que atualmente mais de 100 milhões de pessoas na América 
Latina estão expostas a níveis de contaminantes atmosféricos que excedem os 
valores recomendados, incluindo milhões de pessoas expostas à contaminação 
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
19
do ar em interiores, devido à queima de biomassa e de outras fontes (OPS, 2000, 
p. 04). Wehrman (1996, p. 58-59) resume as causas da poluição atmosférica nas 
cidades latino-americanas em três grupos:
§ A concentração do tráfego de veículos num espaço cada vez mais limitado, 
devido à intensa atividade econômica da população urbana e à ausência de um 
planejamento eficiente das cidades.
§ O alto consumo de gasolina e a ausência de equipamento para reduzir as 
emissões que caracterizam os países mais pobres.
§ A ocupação de áreas de produção industrial ou trechos próximos das vias 
intensas de circulação para residências ou local de trabalho, expondo grande 
parcela da população, diariamente, à emissão de poluentes liberados por veículos 
automotores ou industriais. 
Em 1992, durante a Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e 
Desenvolvimento, foi negociada e assinada por 175 países mais a União Europeia, 
a Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima. Reconhecendo 
a mudança do clima como uma preocupação de toda a humanidade, os governos 
que assinaram tornaram-se partes da Convenção, propondo-se a elaborar uma 
estratégia global para proteger o sistema climático para gerações presentes e futuras 
(BNDES; MCT, 1999, p. 15). As principais atribuições da Convenção são: criar 
instrumentos e mecanismos, promover a gestão sustentável e demais condições 
que possibilitem alcançar a estabilização das concentrações de gases de efeito 
estufa na atmosfera em um nível que não interfira perigosamente no sistema 
climático. Apesar desta Convenção não tratar explicitamente da qualidade do 
ar nos grandes centros urbanos, é evidente que a elaboração de propostas que 
visem o controle da emissão de gases estufa também acarretará uma melhoria na 
composição atmosférica das áreas fontes.
Com o objetivo de avaliar de forma mais precisa a situação da gestão da 
qualidade do ar urbano na região da América Latina, a OPS realizou uma pesquisa 
baseada em questionários enviados pelo Centro Panamericano de Engenharia 
Sanitária e Ciências do Ambiente em fevereiro de 1999 a diversos setores da 
sociedade desses países. A pesquisa indicou que somente Brasil, Chile e México 
têm cidades com programas de gestão da qualidade do ar bem desenvolvidos.
Entre os programas regionais para a melhoria da qualidade do ar na 
América Latina, destaca-se a Iniciativa do Ar Limpo para as cidades da América 
Latina, do Banco Mundial, sendo apoiado por diversas instituições internacionais, 
organizações não governamentais, empresas privadas e governos locais. Uma das 
principais metas desse programa é melhorar a qualidade do ar nos grandes centros 
urbanos da América Latina. Atualmente, estão sendo fortalecidos planos para a 
Cidade do México, Lima-Callao, Rio de Janeiro e Buenos Aires.
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
20
Algumas propostas para a redução da poluição atmosférica
Dos combustíveis fósseis, o de melhor desempenho, do ponto de vista 
ambiental, é o gás natural, cujas emissões de contaminantes atmosféricos são muito 
menores. Sirkis (1999, p. 70) comenta que o gás natural demanda uma atenção e 
um investimento do poder público para que seja rompido o círculo vicioso que se 
estabeleceu: há poucos veículos a gás porque há poucos postos de serviços para 
abastecê-los e há poucos postos de serviços porque há poucos veículos a gás. O 
poder público pode estimular essa oferta reduzindo taxas e impostos municipais 
para os postos de serviços e empresas de transporte coletivo.
Outra possibilidade a ser explorada são os biodieseis. Existem diversas 
formas de fabricar biodiesel a partir do refino da soja e dos resíduos de caixa de 
gordura, com total compatibilidade com os motores a diesel existentes. Em ambas 
as técnicas, o resultado é um combustível a ser misturado com o óleo diesel com 
uma resultante final bem menos poluente. Há também em desenvolvimento 
uma tecnologia que transforma o lodo proveniente de estações de tratamento de 
esgoto em duas partes de carvão e uma de um tipo de combustível semelhante 
ao biodiesel. Essa técnica, que ainda está sendo desenvolvida na Alemanha e na 
Austrália, caso aceita, poderia ajudar na solução de parte do problema do destino 
final do lodo das estações de tratamento de esgotos.
Uma alternativa já testada é a utilização do etanol como combustível que 
reduz as emissões de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), 
óxidos de enxofre (SOx), hidrocarbonetos (HC) e material particulado (MP), tanto no 
caso do álcool puro como da mistura álcool-gasolina quando comparada à utilização 
da gasolina pura. O etanol substitui ainda os compostos de chumbo adicionados 
à gasolina para aumento da sua octanagem, fato que possibilitou ao Brasil deixar 
de usar esses compostos desde janeiro de 1989, sendo o segundo país do mundo a 
conseguir isso, estando somente atrás do Japão (SANTOS, 1993, p. 193). 
Entretanto, o uso do etanol como combustível aumenta a emissão de 
aldeídos (ROH), cujos efeitos para a saúde dos seres humanos e para a atmosfera, 
quando combinados a outros poluentes, precisam ainda ser melhor pesquisados. 
Portanto, quando comparado aos derivados de petróleo, o álcool é considerado 
um combustível limpo. Esse fato está bem consolidado ao nível da comunidade 
internacional, o que vem motivando determinados países desenvolvidos a estudar 
a possibilidade de uso do etanol não somente como um combustível alternativo, 
mas como uma estratégia de redução da poluição atmosférica. Os Estados Unidos, 
por exemplo, passaram a exigir, a partir de novembro de 1992, através de Clean Air 
Act, o uso, durante o inverno, em 41 cidades selecionadas, de 2,7% de oxigenados, 
equivalente a 8% de álcool (SANTOS, 1993, p. 251). 
Deve-se ainda mencionar, como benefício ambiental do uso do etanol, a 
contribuição para a redução do efeito estufa, não apenas por causa da redução 
das emissões de CO2, como devido à seguinte relação: o ciclo de crescimento da 
biomassa fixa o carbono existente no CO2 da atmosfera através do processo de 
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
21
fotossíntese. Assim, a produção de matéria-prima para o fabrico do etanol (cana-de-
açúcar, milho ou beterraba) contrabalança a emissão de CO2 resultante do uso do 
etanol como combustível. No caso dos combustíveis fósseis, o carbono retirado do 
subsolo é emitido na atmosfera como CO2, sem chances de ser reciclado. Portanto, 
a produção de etanol destinada aos veículos automotores minimizaria uma das 
grandes questões ambientais da atualidade, que é o aumento da concentração dos 
gases responsáveis pelo efeito estufa, sobretudo o CO2.
Atualmente, os cenários mais favoráveis à redução de emissões 
automotivas estão relacionados aos veículos elétricos. A propulsão elétrica abre 
não só a perspectiva de veículos de “emissão zero” como, mais adiante, de 
“poluição zero”. Essa distinção é feita porque as bateriasvelhas constituem um 
resíduo tóxico. O baixíssimo preço do petróleo é atualmente o maior obstáculo 
à adoção de formas de transporte de “poluição zero”, pois inibe investimentos 
que levariam ao barateamento de custos, que tornariam esse tipo de veículo 
acessível ao consumidor comum. É extremamente difícil compatibilizar a 
massificação dessas tecnologias alternativas com essa situação desfavorável 
de mercado, tendo de competir contra o preço mais acessível do petróleo. 
Uma outra via para reduzir o número de fontes poluidoras são as vistorias 
realizadas pelo poder público, que têm como um dos seus objetivos coibir a 
circulação de veículos velhos, inseguros e poluentes, o que se contrapõe à aspiração 
da baixa classe média e de setores pobres emergentes que, muitas vezes, têm nesses 
veículos com considerável tempo de uso um instrumento de trabalho. Além do 
mais, veículos bem regulados poluem muito menos e economizam combustível. 
A ventilação no espaço urbano é de grande importância para reduzir os 
efeitos das emissões de contaminantes. Por esse motivo a ventilação deve ser 
sempre considerada nos parâmetros edilícios e fazer parte de planos de gestão da 
qualidade do ar. Distanciamento entre prédios, construções que considerem os 
ventos, assim como a arborização de ruas, constituem alguns critérios que devem 
estar presentes no planejamento urbano. 
A circulação de ar nas cidades é tão complexa que é muito difícil fazer 
uma descrição precisa. De forma geral, as velocidades médias do vento são muito 
menores ao nível da rua. Eventualmente, são observadas intensificações localizadas 
devido às deflexões laterais decorrentes de obstáculos ou devido à turbulência 
causada pela descida do ar após passagem por edifícios. Cada rua tende a ter sua 
própria direção predominante do vento, dependendo da orientação topográfica e 
da presença de obstruções localizadas. As condições de maior estagnação do ar são 
normalmente encontradas em áreas com elevada densidade de prédios com alturas 
uniformes. Nestes casos, o acúmulo de contaminantes atmosféricos, oriundos 
principalmente dos veículos que trafegam por esses locais, pode se tornar um 
problema extremamente sério. A importância da velocidade do vento em termos 
biometeorológicos pode ser compreendida também de forma positiva, pois o 
movimento adequado auxilia a remover os contaminantes atmosféricos e as brisas 
refrescantes podem contribuir para o conforto térmico, tanto por ajudar a manter 
o campo microclimático da temperatura mais ameno, como pelo fornecimento 
direto de resfriamento ao corpo humano. 
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
22
A arborização do meio urbano é um fator extremamente importante para 
a qualidade do ar. Uma cortina de árvores, por exemplo, é capaz de reter mais 
de 80% das partículas inaláveis emitidas pelos motores a diesel (SIRKIS, 1999, 
p. 78). Esses poluentes, dos mais perigosos do ponto de vista da saúde pública, 
são também os mais pesados, com menor capacidade de transporte aéreo. Por 
esta razão, áreas de lazer, praças com brinquedos infantis ou equipamentos para 
exercício físico instalados a menos de 50 metros de via de trânsito intenso é uma 
decisão urbanística que expõe os usuários desses locais à poluição. 
Yaakov e Bitan (1998, p. 03) reforçam a importância das áreas verdes nos 
centros urbanos, devido à influência que a vegetação exerce nos parâmetros climáticos 
de diversas áreas e seus arredores, reduzindo a radiação, a temperatura, gerando a 
elevação da umidade e reduzindo a velocidade do vento. Alessandro e Schultz (1998, 
p. 15), em estudo realizado na cidade de Mendoza, no Sudoeste da Argentina, onde foi 
empregado para amostragem do material particulado o dispositivo passivo Sigma II, 
puderam constatar nas áreas verdes com cultivo de árvores um notável decréscimo 
da poluição atmosférica, sendo isso também percebido em jardins urbanos. Yazgan 
et al. (1998, p. 39) também destacam a importância das áreas descampadas e verdes 
para o clima urbano e a qualidade do ar. Essas áreas são elementos indispensáveis 
das cidades contemporâneas, com efeito funcional e estético. Na atualidade, em 
muitas cidades do mundo onde o problema da poluição do ar existe, entende-se 
que é de grande importância o efeito funcional de áreas descampadas e verdes no 
melhoramento do clima urbano e da qualidade do ar.
Todavia, apesar de sua importância reconhecida, as árvores urbanas são 
a parte mais exposta do ambiente natural. As obras públicas, a construção civil e 
outras atividades econômicas representam uma ameaça constante à arborização 
pública, também atingida por pragas. A falta e o excesso de água, as condições de 
solo e, sobretudo, o pouco cuidado dos habitantes com árvores, são ameaças que em 
conjunto resultam numa crescente falta de locais arborizados, cujas consequências 
são fatalmente sentidas pelos habitantes das cidades.
Em muitas cidades, os programas de arborização são postos como 
“medidas compensatórias”, ou seja, mecanismos que obrigam o empreendedor 
a compensar uma derrubada de árvores plantando outras no próprio local ou em 
outros. As medidas compensatórias não devem servir a princípio de justificativa 
para o corte indiscriminado de árvores que poderiam ser preservadas com um 
pouco de esforço de adaptação do projeto. É também considerada uma boa 
proposta a chamada arborização por “habite-se”, adotada no município do Rio 
de Janeiro, que é a vinculação de qualquer concessão da licença final de “habite-
se” de edificação multifamiliar, comercial ou industrial ao plantio de determinada 
quantidade de árvores em áreas definidas pela prefeitura (SIRKIS, 1999, p. 141). 
Esse mecanismo é valido como instrumento de reforço à arborização pública, 
sendo necessário que a empresa se responsabilize não apenas pelo plantio, como 
também pela manutenção e eventual reposição de mudas durante um período de 
tempo suficiente ao seu pleno desenvolvimento. 
TÓPICO 1 | CONTROLE DE FONTES ESTACIONÁRIAS: QUALIDADE DO AR
23
Outro mecanismo de reforço da arborização pública, que surgiu e se 
consagrou em determinadas cidades brasileiras nos últimos anos, é a exploração 
do espaço publicitário do protetor de mudas, que funciona da seguinte forma: a 
prefeitura permite que uma empresa explore o protetor de mudas como espaço 
publicitário, em contrapartida esta empresa responsabiliza-se pelo plantio e 
manutenção das árvores até um estágio que permita a remoção do protetor.
Vale salientar que propostas como a arborização por “habite-se” e a 
exploração dos protetores de mudas complementam mas não substituem um 
projeto que vise à formação de “corredores verdes”. Este tipo de projeto deve 
ser executado por um órgão ambiental oficial dentro de uma clara definição de 
prioridades em função das áreas mais críticas em quantidade de árvores. Contudo, 
para um ambiente urbano saudável não basta criar espaços verdes, jardins, praças 
ajardinadas, ou mesmo parques, há a necessidade de compreender como estes se 
integram às ruas vizinhas, pois se tais locais não representarem um espaço comum 
aos moradores das proximidades, a tendência é que, devido ao pouco número de 
usuários, acabem sendo abandonadas pelo próprio poder público.
Em determinadas situações o poder público é obrigado a também tomar 
medidas consideradas antipopulares, como tem ocorrido no caso do Estado de 
São Paulo. Partindo do princípio de que os veículos automotores são os principais 
causadores da contaminação atmosférica na Região Metropolitana de São Paulo, a 
Secretaria de Meio Ambiente do Estado (SMA) e a Companhia de Tecnologia de 
Saneamento Ambiental (CETESB) desenvolveram um programa de restrição ao 
uso de veículos, com o objetivo de reduzir os níveis de concentração de poluentes, 
principalmente de CO2. Em 1996, a restrição à circulação de veículos foi estabelecida 
por lei, vigorando sempre nos períodos considerados necessários pela SMA e 
CETESB. O rodízio de circulação de veículos, que vigorou de maio a setembro de 
1998,evitou o lançamento de 55 toneladas de CO2 na atmosfera (CERQUEIRA, 2000, 
p. 04), mas mesmo com os benefícios decorrentes disso, a opinião pública não foi 
totalmente favorável a este tipo de medida, pois representa uma agressão ao direito 
do indivíduo de usufruir de um bem seu. Portanto, o que está em debate é a própria 
cultura da sociedade, baseada no valor da propriedade privada. A luta por uma 
melhor qualidade de vida deve ser de todos os segmentos da sociedade, havendo 
uma urgência na redefinição de certos valores em prol de um benefício coletivo.
Considerações finais
A poluição atmosférica é um dos maiores desafios para a gestão das 
cidades, devido justamente aos diversos fatores de ordem natural, social e 
econômica envolvidos. Fica bem evidente que qualquer proposta de solução deve 
passar pela reformulação do espaço urbano, caracterizado por usos diferenciados, 
reproduzindo a própria estrutura desigual da sociedade capitalista. 
Somente será possível uma melhoria na qualidade ambiental das áreas 
urbanas a partir do momento em que se alterem os paradigmas que norteiam os 
modelos de desenvolvimento que transformam os setores produtivos da sociedade 
em agressores vorazes do meio. A qualidade do ar fornece apenas alguns sintomas 
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
24
que, somados a outros problemas, como a subnutrição, provocam um efeito 
sinergético que acaba por retratar as condições de vida de largas parcelas da 
população vivendo em situação precária.
Deve-se romper com a falsa ideia de que os problemas ambientais são 
sentidos por todos da mesma forma. Normalmente, essa tentativa de mascarar a 
realidade se apresenta em expressões como “as cidades sofrem com a poluição”. Será 
que todos os segmentos da sociedade apresentam a mesma capacidade de reação? 
Em primeiro lugar, as classes mais abastadas têm condições de estarem rodeadas 
por um número maior de amenidades, representadas, por exemplo, por áreas verdes 
com uma ventilação mais eficiente e temperaturas mais aprazíveis. E, mesmo que 
estivessem em exposição a algum nível de risco, teriam uma capacidade de reação 
mais eficaz. Por exemplo, planos de saúde que forneceriam um atendimento médico 
de qualidade, enquanto que a população menos favorecida poderia apenas recorrer 
aos serviços públicos, encontrados, muitas vezes, em estado lamentável.
A realização de intervenções no espaço urbano visando a uma melhoria 
na qualidade do ar resolveria problemas que estão sendo causados pelos próprios 
níveis baixos de qualidade ambiental que muitas áreas estão apresentando. São 
locais onde a poluição atmosférica está agindo como um fator de repulsão de 
investimentos do setor privado, sendo que a partir do momento em que essa 
“externalidade” for removida ou minimizada, isso poderá se traduzir numa maior 
atração de capitais e geração de recursos. 
Portanto, observa-se o quanto a qualidade ambiental está relacionada 
com interesses econômicos, provando que as ciências que se dedicam aos estudos 
das condições ambientais não devem mais se prender a uma visão “atomista” da 
realidade, caso contrário estarão sempre distantes de propostas realmente aplicáveis. 
Um dos melhores exemplos disso está no tema abordado por esse artigo, que é a 
poluição atmosférica, cuja compreensão “aproximada” necessita de um tratamento 
holístico que busque respostas na conjugação de elementos referentes à dinâmica 
atmosférica (principalmente em termos microclimáticos), uso do solo, características 
da morfologia natural e antropogênica do sítio e indicadores sociais da população. 
Referências bibliográficas
ALESSANDRO, M.; SCHULTZ, E. Airborne dust Pollution in Mendoza, 
Argentina. In: Climate and environmental change – Pre-Regional Conference 
Meeting of the Commission on Climatology, 1998, Lisboa. Anais... Lisboa: 
International Geographical Union – Comission on Climatology, 1998. p. 15-16. 
 
ALVA, E. N. Metrópoles da América Latina: Processos e Políticas. In: MELLO 
E SILVA, S. B. De; GMÜNDER, U. (orgs.). Metrópoles e desenvolvimento 
sustentável. Salvador: ICBA, 1996. p. 39-54.
25
Neste primeiro tópico apresentamos:
• A atmosfera terrestre é composta, basicamente, por gases. Sabe-se que o 
nitrogênio é o gás mais abundante, ocupando 78% da atmosfera; o gás oxigênio 
está presente com 21%; o gás argônio em 0,9%; e o restante, a parte minoritária, 
é composta por vapor de água e sólidos dispersos, como cinzas, pólen etc.
• Um dos objetivos mais importantes em termos de definição e determinação da 
qualidade do ar é o de definir o nível de qualidade que se quer admitir. Ou seja, 
quais são os critérios que estipularão a pureza do ar atmosférico. 
• Alguns contaminantes na atmosfera são poluentes naturais, como pólen, 
partículas de poeira provenientes de erupções vulcânicas, gases da decomposição 
de animais e plantas e até mesmo de partículas de sal dos oceanos. Pelo fato de 
que esses poluentes ocorrem naturalmente, praticamente estão fora do controle 
humano. 
• Outros contaminantes são poluentes antropogênicos, significando que são 
causados por atividades humanas. Esses incluem substâncias como o monóxido 
de carbono de escapamentos de automóveis e as emissões de dióxido de enxofre 
ocasionadas na geração de eletricidade.
• Em 1990, o presidente George H. W. Bush aprovou as propostas de mudanças 
às políticas de melhoria da qualidade do ar que constituíram as emendas à 
Lei do Ar Limpo (ELAL). Esse foi um ato histórico apoiado unanimemente no 
Congresso.
• Os objetivos atuais dos EUA quanto à política para a qualidade do ar foram 
originalmente definidos na primeira e extensa lei federal sobre o controle da 
qualidade do ar – a Lei do Ar Limpo, de 1963. 
• Proteger e melhorar a qualidade do ar da nação de modo a promover a saúde 
pública, o bem-estar e a capacidade produtiva de sua população.
• A partir de 2005, havia seis poluentes “de critérios”: Material particulado (MP – 
10 e MP – 2,5); Dióxido de enxofre (SO2); Monóxido de carbono (CO); Dióxido de 
nitrogênio (NO2); Ozônio troposférico (O3); Chumbo (Pb). 
• Um segundo grupo de contaminantes, identificado pela legislação dos EUA, 
é o dos poluentes perigosos do ar, ou tóxicos do ar. Esses não são poluentes 
“de critérios”, e podem contribuir para doenças irreversíveis ou aumento na 
mortalidade.
RESUMO DO TÓPICO 1
26
• Uma vez que a EPA identifica os principais poluidores do ar, estabelece os 
padrões nacionais para eles. Os padrões fixam o nível máximo permitido para 
cada poluente a ser atendido por todas as fontes poluidoras.
• Uma fonte estacionária é qualquer construção ou estrutura que emite poluição, 
como uma usina termoelétrica acionada pela queima de carvão.
• Uma fonte móvel refere-se a qualquer vínculo de transporte que gera poluição, 
como um automóvel ou caminhão.
• Os padrões para os seis poluentes “de critérios” são chamados de Padrões 
Nacionais da Qualidade de Ar Ambiente (PNQAA). Dentro desse grupo 
há duas subcategorias, primários e secundários: PNQAA PRIMÁRIOS são 
determinados para proteger a saúde pública, com alguma margem de segurança; 
PNQAA SECUNDÁRIOS têm o objetivo de proteger o bem-estar público.
• A lei dos EUA também exige o estabelecimento dos Padrões Nacionais de 
Emissão para Poluentes Perigosos do Ar (PNEPPA). 
•	Os PNEPPA devem atingir a redução máxima possível de ser obtida para cada 
tóxico, referidas como a máxima tecnologia de controle alcançável (MTCA). 
27
1 Caro(a) acadêmico(a), após o estudo do tópico 1 desta primeira unidade do 
seu Caderno de Estudos da disciplina de Tecnologias Aplicadas, descreva 
qual a importância de se determinar a qualidade do ar atmosférico.
2 Nos dias atuais, infelizmente, devido à grande incidência de poluição 
em nossa atmosfera, não há como indicar apenas uma fonte específica de 
poluição atmosférica. Neste sentido, assinale a alternativa CORRETA:
( ) Fonte móvel refere-se a qualquer vínculo de transporte que gera poluição, como 
a fabricação de um armário, por exemplo.( ) Fonte flexível é aquela que se adapta ao tipo de poluição que é capaz de 
gerar, como líquida, sólida ou gasosa.
( ) Uma fonte estacionária é qualquer construção ou estrutura que emite 
poluição, como uma usina termoelétrica que queima carvão.
AUTOATIVIDADE
28
29
TÓPICO 2
O AQUECIMENTO GLOBAL E A 
DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
UNIDADE 1
1 INTRODUÇÃO
Ao falarmos sobre a qualidade do ar atmosférico, não poderíamos deixar 
de estudar o aquecimento global e a depleção de ozônio. Ambas as situações, de 
fato comprovadas, nos fazem provar seus efeitos diariamente, os quais não são 
nada agradáveis.
Em 2014, estudos apontaram um aumento de 5°C na temperatura terrestre, e 
isso é algo assustador. O clima está mudando em alguns lugares do mundo, como no 
Sul do Brasil, por exemplo, onde já não se tem as estações do ano bem definidas, há 
alguns dias frios durante o inverno e dias extremamente quentes no verão. Em certas 
localizações com alta frequência de chuvas, atualmente, encontra-se a seca da estiagem. 
O Sol parece estar “mais quente” do que nunca, nas praias as pessoas 
escondem-se sob os guarda-sóis ao invés de ficarem se refrescando na água do 
mar, que em 2014 apresentou-se quente em locais de águas geladas. Os picos 
de radiação solar nunca alcançaram patamares tão altos e certos animais já não 
resistem mais às drásticas mudanças climáticas que estamos vivenciando. 
Infelizmente, ainda, além de todos os problemas sociais, econômicos e 
ecológicos, o nosso país sofre com a exposição a radiações solares devido à sua 
posição geográfica em relação ao maior buraco na camada de ozônio encontrado.
FIGURA 7 - ILUSTRAÇÃO DO AQUECIMENTO DA TERRA
FONTE: Disponível em: <http://ideiaweb.org/wp-content/uploads/
aquecimento-global-natureza-meio-ambiente-pintado-por-
caiobrumel-1006872.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
30
A pergunta é: Estamos preparados para lidar com isso?
Mesmo que a maioria dos poluentes atmosféricos cause efeitos pontuais, 
alguns apresentam ações de longo alcance. Os contaminadores, por exemplo, 
são capazes de modificar as condições atmosféricas, gerando problemas que 
ultrapassam as barreiras nacionais. O problema de longo alcance desvinculado a 
uma localidade específica é chamado de poluição global do ar. O grande desabafo, 
atualmente, é conseguir tratar a poluição global do ar não somente em nível 
nacional, mas sim aos patamares internacionais. Esse é apenas um dos problemas 
que devem ser fonte de estudo para questões vinculadas ao aquecimento global e 
à depleção do ozônio.
FIGURA 8 - FONTES DE POLUIÇÃO DA ATMOSFERA
FONTE: Disponível em: <http://hypescience.com/wp-content/
uploads/2011/11/2007062100_blog.uncovering.org_aquecimento_global_
image-tm.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015. 
2 DEPLEÇÃO DO OZÔNIO
O ozônio é uma substância simples formada por três átomos de oxigênio 
em sua composição molecular (O3). Diferente do gás oxigênio (o O2 é formado por 
dois átomos de oxigênio), o gás ozônio é tóxico para nós, seres humanos, ou seja, 
não é possível respirarmos esse gás. Contudo, o ozônio forma uma camada gasosa 
na atmosfera, chamada de camada de ozônio, que protege a Terra contra os raios 
UVA e UVB, que são nocivos à saúde humana.
No início da década de 1950, os cientistas começaram a medir a camada 
de ozônio na estratosfera, que é a camada atmosférica que fica entre 11 e 48 
quilômetros acima da superfície da Terra. A ação foi motivada por mais do que 
a simples curiosidade científica. O ozônio estratosférico protege a Terra contra a 
radiação ultravioleta (THOMAS, 2012).
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
31
FIGURA 9 - LOCALIZAÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO
FONTE: Disponível em: <http://www.mundovestibular.com.br/content_images/1/Geografia/
buraco_camada_de_ozonio.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
Camada de ozônio é a quantidade de gás ozônio presente na estratosfera e que 
protege a Terra da radiação ultravioleta.
Alguma variação na espessura da camada de ozônio foi considerada 
normal, incluindo um afinamento observado acima da Antártida durante 
a primavera do Hemisfério Sul. A área normalmente estaria preenchida 
novamente até novembro de cada ano. Entretanto, no início da década de 1980, 
os cientistas ficaram preocupados quando observaram que o afinamento estava 
aumentando de tamanho e persistia até dezembro. Em 1985, um “buraco de 
ozônio” do tamanho da América do Norte foi descoberto sobre a Antártida. 
Desde então a atenção mundial dedicou-se ao problema da depleção de ozônio 
e dos poluentes responsáveis pelo dano (THOMAS, 2012).
IMPORTANT
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UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
32
Depleção de ozônio é o afinamento da camada de ozônio, inicialmente observada 
como um buraco de ozônio sobre a Antártida.
Para informações científicas sobre a depleção do ozônio, acesse: <http://www.
epa.gov/ozone/science>
2.1 CAUSAS DA DEPLEÇÃO DO OZÔNIO
Os cientistas debatem sobre a principal causa do buraco da camada 
de ozônio, que se estende por aproximadamente 23,5 milhões de quilômetros 
quadrados sobre a Antártida. Embora nenhuma teoria tenha sido capaz de explicar 
por completo a extensão da depleção de ozônio, os cientistas concordam que a 
presença dos clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera é a explicação mais provável 
– uma teoria formulada, inicialmente, em 1974, por F. Sherwood Rowland e Mario 
Molina, dois pesquisadores da Universidade da Califórnia. Por essa teoria os dois 
ganharam o Prêmio Nobel de Química em 1995.
No momento, as implicações totais são desconhecidas, mas sobre algumas 
consequências da crescente radiação ultravioleta certamente há consenso. Os 
cientistas nos informam que os níveis crescentes da radiação ultravioleta podem 
alterar ecossistemas delicados, afetar os sistemas imunológicos humanos e 
aumentar o risco de câncer de pele. A Academia Nacional de Ciências estima que 
o acréscimo de 10 mil casos de câncer de pele por ano pode resultar de cada 1% de 
redução de ozônio estratosférico (THOMAS, 2012).
Para aprofundar seus estudos sobre os danos à camada de ozônio, leia o relatório 
publicado por Farman, Gardier e Shanklin (1985).
IMPORTANT
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DICAS
DICAS
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
33
FIGURA 10 - LOCALIZAÇÃO DO BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO
FONTE: Disponível em: <http://eco.ib.usp.br/lepac/conservacao/ensino/
imagens/foto_des_ozonio1.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015
Os CFCs pertencem a uma família de substâncias químicas que eram 
comumente usadas na refrigeração, em ar condicionado, embalagens, material de 
isolamento, bem como propelentes aerossol. Às vezes são chamados por seus nomes 
de marca, Freon e Styrofoam. Na verdade, a crise de energia na década de 1970 foi 
responsável pelo uso ainda maior dos CFCs como agentes espumantes na produção 
de isolantes térmicos para residências. O crescimento do sistema fast-food também foi 
um fator que contribuiu para intensificar o uso dos CFCs, por serem as espumas de 
polímero usadas na produção de copos descartáveis e recipientes de alimentos. As 
emanações desses compostos de longa vida não são destruídas na atmosfera inferior e 
podem subir e acumular-se na estratosfera, onde seus componentes clorados destroem 
o ozônio. Além disso, devido à sua longa permanência na atmosfera, os CFCs lançados 
hoje afetam a camada de ozônio durante décadas seguintes (THOMAS, 2012).
FIGURA 11 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO CFC
FONTE: Disponível em: <http://undsci.berkeley.edu/images/ozone/
cfc_breakage.gif>. Acesso em: 12 fev. 2015.
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
34
Clorofluorcarbonos (CFCs) são substâncias químicas que, possivelmente, 
contribuem com a depleção do ozônio.
2.2 CONTROLE DA DEPLEÇÃO DO OZÔNIO
Como um problema da poluição global do ar, a depleção do ozônio não pode 
ser controlada sem um esforço integrado internacional. Em termos mais formais, 
pensem nesse problema ambiental como uma externalidade com implicações que 
ultrapassam as fronteiras. Em termos de nacionais, as emendas à Leido Ar Limpo 
de 1990 (CAL) pedem que o presidente dos EUA estabeleça acordos internacionais 
que estimulem pesquisas em parceria sobre a depleção do ozônio, e que atenda 
a regulamentações compatíveis com as que vigoram nos EUA. Embora não sem 
implicações políticas, uma série de acordos internacionais e tratados multilaterais 
foram formalizados, ou estão na mesa de negociações (THOMAS, 2012).
Neste sentido, é de conhecimento que vários acordos internacionais foram 
feitos a fim de se controlar a depleção do ozônio, como o Protocolo de Montreal e 
o Protocolo de Kyoto.
2.2.1 Controle de Depleção do Ozônio nos EUA
As emendas à Lei do Ar Limpo de 1990 (LAL) fortaleceram significativamente 
a política dos EUA com relação às substâncias que extinguem o ozônio. As medidas 
impõem o cumprimento de compromissos do país com o Protocolo de Montreal. 
Perante essas regras, o Congresso tornou a EPA responsável pela identificação das 
substâncias que extinguem o ozônio.
A cada substância é atribuído um valor numérico que significa seu 
potencial de depleção de ozônio (PDO) relativo ao clorofluorcarbono-11 (CFC-
11). A agência também precisou diferenciar entre as substâncias da Classe I e da 
Classe II, em que a Classe I inclui as que possuem maior potencial de provocar 
danos. Em seguida, a cada classe de substância, estabeleceu-se um planejamento 
de eliminação progressiva.
Com exceção dos HCFCs, que devem ser eliminados gradualmente até 
2020, todas as substâncias que prejudicam o ozônio foram eliminadas da produção 
progressivamente até 2005 ou 2012. Entretanto, pelo fato de essas substâncias 
terem longo período de vida, elas afetam o meio ambiente muito depois de serem 
produzidas (THOMAS, 2012).
IMPORTANT
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TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
35
FIGURA 12 - ILUSTRAÇÃO CONTRA O USO DE CFCS
FONTE: Disponível em: <http://www.thecuresafety.com/v/
vspfiles/Photos%202/no%20CFCs3.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
O Potencial de Depleção de Ozônio (PDO) é uma contagem numérica que significa 
o potencial de uma substância relacionada ao CFC-11 para destruir o ozônio estratosférico.
Reconhecendo que a indústria dependia dos CFCs, as emendas de 1990 
também incluíram diretrizes de um programa nacional obrigatório de reciclagem 
das substâncias das Classes I e II, com o objetivo de que substâncias de uso 
em refrigeração, recicladas, poderiam ser reaproveitadas como substitutas do 
produto virgem. Outras medidas relacionadas ao assunto requerem programas e 
pesquisas em nível federal, visando encontrar alternativas seguras de identificação 
das substâncias que eliminam ozônio. Além disso, foram promulgados dois 
instrumentos de política que usam explicitamente incentivos de mercado para 
excluir substâncias causadoras da depleção do ozônio: imposto especial sobre a 
produção de substâncias destruidoras do ozônio (excise tax) e um sistema de 
permissões comercializáveis (THOMAS, 2012).
2.3 IMPOSTO ESPECIAL SOBRE A PRODUÇÃO DE 
SUBSTÂNCIAS DESTRUIDORAS DE OZÔNIO
O imposto especial é um instrumento econômico utilizado para controlar a 
depleção do ozônio e alcançar os prazos determinados de interrupção da produção 
de substâncias que o destroem. Aprovado pelo Congresso em 1990, o imposto por 
libra é um valor básico em dólares multiplicado pelo PDO da substância química, 
em que o valor-base aumenta a cada ano sucessivo na programação da interrupção 
gradual de produção. O imposto foi incialmente estabelecido em U$ 1,37 por libra 
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UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
36
e, até 1995, já tinha aumentado para U$ 5,35 por libra. A partir de 1996, o imposto 
deveria aumentar até U$ 0,45 por libra a cada ano, chegando a U$ 9,85 por libra 
em 2005. Embora o prazo de eliminação progressiva tenha transcorrido, o imposto 
ainda é aplicável sobre os CFCs reciclados e importados (THOMAS, 2012).
FIGURA 13 - ILUSTRAÇÃO DA COBRANÇA DO IMPOSTO
ESPECIAL SOBRE A PRODUÇÃO DE SUBSTÂNCIAS DESTRUIDORAS
DE OZÔNIO
FONTE: Disponível em: <http://circuitomt.com.br/circuitomt01/2014/
Dezembro/31-12-2014/dolar.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
O imposto especial sobre a produção de substâncias destruidoras de ozônio é um 
imposto crescente, incidente sobre a produção de substâncias destruidoras de ozônio.
Sob a ótica da ciência econômica, o imposto especial atua como uma 
cobrança de encargos sobre produtos sobre a substância que elimina ozônio. 
Considerando que a produção dos causadores da depleção de ozônio gera uma 
externalidade negativa, o imposto pode internalizar essa externalidade elevando o 
custo marginal privado (CMP) do fabricante. Se, na verdade, o imposto especial for 
igual ao CME no nível eficiente na produção, uma alocação eficiente de recursos é 
alcançada. Observem que, pelo fato de o imposto elevar o preço efetivo dos CFCs, 
ele estimula uma redução na quantidade demandada ao longo da curva BMP. 
De acordo com Cook (1996), o consumo das substâncias que eliminam ozônio 
(expresso nos equivalentes ao CFC-11) diminui de 318 mil toneladas métricas em 
1989 para 200 mil toneladas métricas em 1990, ano em que o imposto entrou em 
vigor (THOMAS, 2012).
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TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
37
Os encargos sobre produtos é uma taxa acrescida ao preço de um produto gerador 
de poluição com base em sua quantidade ou em algum atributo responsável pela poluição.
2.3.1 Mercado de permissões para substâncias químicas 
prejudiciais ao ozônio
A EPA está estabelecendo um mercado de permissões para facilitar a 
eliminação gradual dos HCFCs. A implementação vai seguir o programa de 
permissões anterior a 1996 de controle dos CFCs e outras substâncias prejudiciais 
ao ozônio. As empresas terão permissão de produzir ou importar essas substâncias 
somente se mantiverem um número condizente de permissões. Cada permissão 
vai consentir o lançamento de 1kg de HCFC de cada vez, com base em seu PDO. 
O número de permissões disponíveis será zerado futuramente para atender aos 
prazos da eliminação gradual da substância poluente (THOMAS, 2012).
Para maiores informações sobre esse programa, visitem: <http://www.epa.gov/
ozone/title6/phaseout/index.html>
O mercado de permissões para substâncias químicas prejudiciais ao ozônio 
permite que as empresas produzam ou importem substâncias prejudiciais ao ozônio se elas 
mantiverem uma quantidade apropriada de permissões comercializáveis.
3 GASES DE EFEITO ESTUFA E AQUECIMENTO GLOBAL
Uma fonte polêmica é a previsão da resposta climática à crescente produção 
do que é denominado gases do efeito estufa (GEE). Parte da agenda da Eco-92 
(Cúpula da Terra, Rio 1992) a questão do acúmulo de gases de efeito estufa e as 
consequentes previsões sobre o aquecimento global, que são temas que continuam 
a ser debatidos. De fato, no decorrer de 1997, a comunidade internacional formulou 
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DICAS
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
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o Protocolo Kyoto, que continua os debates relacionados às mudanças climáticas 
discutidas inicialmente no Rio. Entretanto, a comunidade científica não está de 
acordo sobre esse fenômeno complexo. Em função dessa incerteza, as respostas 
dos EUA e internacionais em termos de políticas ambientais para esse suposto 
problema da poluição do ar global têm sido experimentais (THOMAS, 2012).
A premissa do aquecimento global baseia-se nos seguintes fatos 
científicos: a luz solar, ao passar através da atmosfera, atinge a superfície da 
Terra, é irradiada de volta para a atmosfera e é absorvida por gases naturalmente 
presentes, como o dióxido de carbono (CO2). O processo de absorção esquenta 
a atmosfera e aquece a superfície da Terra. Funciona mais ou menos como uma 
estufa que permite a entrada de luz solar através do vidro, mas impede o ar 
aquecido de escapar de volta para o exterior, daí a expressão efeito estufa. 
Esse fenômeno natural é responsável pela existência da vida na Terra como a 
conhecemos. De fato, sem os chamados gases estufa, a temperatura da Terra 
seria, aproximadamente,de 30°C a 40°C mais fria.
FIGURA 14 - DINÂMICA DO EFEITO ESTUFA NA ATMOSFERA
FONTE: Disponível em: <http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo/
images/causas-do-efeito-estufa.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
Então, qual é o problema? A questão é que as emissões dos gases de efeito 
estufa (GEE) aumentaram consideravelmente ao longo do tempo, especialmente 
o dióxido de carbono. Acredita-se que o aumento está vinculado principalmente 
à crescente atividade humana, como a queima de combustíveis fósseis (isto é, 
petróleo, carvão, gás natural) e o desmatamento. Pelo fato de os GEE afetarem 
a temperatura da Terra, uma perturbação significativa em seus níveis naturais 
geraria mudanças no clima. Um estudo que se tornou referência, realizado pela 
Academia Nacional de Ciências, em 1979, previu que o dobro de CO2 geraria um 
aumento na temperatura da Terra de 1,5 a 4,5 graus centígrados. As mudanças 
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
39
climáticas, por sua vez, afetariam as regiões agrícolas, o clima e o nível dos mares 
(THOMAS, 2012).
Para maiores informações sobre a ciência do aquecimento global, visitem a página 
do clima no website da EPA sobre aquecimento global em: <http://www.yosemite.epa.gov/oar/
globalwarming.nsf/content/climate.html>.
Embora diversos GEE sejam responsáveis pelo fenômeno do aquecimento, 
os principais são dióxido de carbono, metano e óxido nitroso. As contribuições 
relativas diferem não somente porque esses gases existem em quantidades 
diferentes, mas também porque têm capacidades diferentes de absorção de calor. 
A capacidade de um GEE de reter o calor na atmosfera é medida com relação 
ao dióxido de carbono por seu potencial de aquecimento global (PAG). Por 
exemplo, o PAG do metano é 21, significando que uma unidade de metano é 21 
vezes a capacidade de absorver o calor em comparação a uma unidade de dióxido 
de carbono (THOMAS, 2012).
O PAG – Potencial de Aquecimento Global – mede a capacidade de absorção de 
calor de um GEE com relação ao CO
2
 durante um determinado período de tempo.
Apesar do crescente consenso de que o aumento da quantidade de CO2 
transformará o clima da Terra, ninguém sabe com certeza o momento ou a 
extensão das consequências, em parte porque existem numerosos fatores a serem 
considerados. Um deles é a influência dos efeitos de retroalimentação que podem 
diminuir ou intensificar o fenômeno do aquecimento. Por exemplo, a poeira 
vulcânica age como filtro dos raios quentes do Sol e contrapõe parte da influência 
do acúmulo de GEE. Da mesma forma, os oceanos e as florestas, que agem como 
sumidouros de carbono, são os principais absorvedores de CO2, embora a elevação 
da temperatura diminua essa capacidade. Em virtude de fatores semelhantes e 
da própria incerteza geral, as pesquisas científicas prosseguem na tentativa de 
resolver pelo menos parte da contravertida questão (THOMAS, 2012).
DICAS
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UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
40
Os sumidouros de carbono são absorvedores naturais de CO
2
, como as florestas 
e os oceanos.
QUADRO 2 - VALORES DE PAG PARA ALGUNS GEE
GÁS PAG
Dióxido de carbono (CO2) 1
Metano (CH4) 21
Óxido nitroso (N2O) 310
Tetrafluormetano (CF4) 6.500
Hidrofluorcarbono-23 (HFC-23) 11.700
Hexafluoreto de enxofre (SF6) 23.900
FONTE: Thomas (2012, p. 309)
Os gases de efeito estufa (GEE) coletivamente são responsáveis pelo processo de 
absorção que aquece naturalmente a Terra.
3.1 EFEITOS POTENCIAIS FUTUROS
Por ser a própria ciência do aquecimento global objeto de debates, não 
surpreende que exista falta de informações suficientes sobre qual poderia ser a 
eventual consequência do acúmulo de GEEs. Todavia, por meio de simulação 
computadorizada de modelos, os pesquisadores puderam assimilar algumas 
informações sobre as implicações esperadas. Um estudo abrangente foi realizado 
como parte do Programa Global de Pesquisa de Mudanças dos EUA, e os resultados 
foram publicados em um relatório de 2001. As estimativas incluem previsões sobre 
a extensão das florestas, a biodiversidade, o nível dos mares, a produtividade 
agrícola, a qualidade do ar e da água e os riscos à saúde (THOMAS, 2012).
O aumento do nível dos mares é considerado uma das consequências mais 
prováveis do aquecimento global, que surge da expansão térmica das massas de 
água da Terra e do derretimento das geleiras. As mudanças previstas para os EUA, 
IMPORTANT
E
ATENCAO
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
41
citadas no relatório, vão desde um aumento nos níveis de 13 centímetros até 95 
centímetros (ou cinco a 37 polegadas) até 2100. Outras mudanças incluem perdas 
substanciais de áreas alagadas costeiras, inundações regionais e erosão de praias.
FIGURA 15 - USOS POLARES DESOLADOS DEVIDO AO 
DESCONGELAMENTO DAS GELEIRAS
FONTE: Disponível em: <http://meioambiente.culturamix.com/blog/
wp-content/gallery/1_127/nivel-do-mar-e-queda-de-paises-3.jpg>. 
Acesso em: 12 fev. 2015
Do lado positivo, há algumas evidências que fundamentam a possibilidade 
de um efeito benéfico de fertilização resultante do aumento dos níveis de CO2, 
que é um componente necessário à fotossíntese. Além disso, certas partes do 
mundo, como o Canadá, a Rússia e o norte da Europa, lucrariam em função da 
disponibilização no norte de terras propícias à agricultura, o que pode ocorrer 
com a tendência do aquecimento. Em contrapartida, outras áreas, como o sul 
dos EUA, poderiam sofrer perdas se ocorressem tais mudanças. Portanto, como 
algumas regiões ganhariam enquanto outras perderiam, a maioria dos modelos 
do aquecimento global prevê que o efeito econômico líquido na agricultura seria 
relativamente pequeno (THOMAS, 2012).
Mais detalhes sobre os possíveis efeitos do aquecimento global estão disponíveis 
em: <http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/impacts.html>
Consideradas em conjunto, as previsões científicas sobre os efeitos do 
aquecimento global não são conclusivas. Existe a discordância sobre quais dos 
supostos eventos podem ocorrer, o grau do impacto e o prazo em que devem 
ocorrer. Portanto, as pesquisas continuam. Entrementes, os formuladores de 
DICAS
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
42
políticas precisam decidir como reagir aos níveis crescentes de CO2 quando existe 
tanta incerteza sobre suas implicações (THOMAS, 2012).
3.2 RESPOSTA INTERNACIONAL
Na conferência Eco-92 (Cúpula da Terra, Rio, 1992), a mudança 
climática global destacou-se como item importante da agenda de muitos 
representantes de países que se reuniram na conferência mundial durante 12 
dias. Entre os principais acordos produzidos na reunião estava a Convenção 
Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (UNFCCC), que trata 
do aquecimento global e de outras questões relativas à qualidade do ar. Entre 
suas recomendações principais estão:
• Os países precisam implementar estratégias nacionais para limitar as emissões 
de GEE com o objetivo de, até o ano 2000, reduzir as emissões aos níveis de 1990.
• As diferenças nas condições políticas e econômicas entre países são ajustadas 
evitando objetivos de limites de emissões e prazos para somente um GEE. 
• Os signatários são estimulados a mudanças climáticas na formulação das 
políticas próprias econômicas, sociais e ambientais.
• Os países industrializados irão assessorar os países emergentes na obtenção de 
dados e no estabelecimento de limites para as emissões.
• A UNFCCC passaria a vigorar após ratificação de 50 países. Em outubro de 1992, 
os EUA tornaram-se o primeiro país industrializado e o quarto, no total dos 
países, a assinar, após a votação unânime do Senado dos EUA. Até o final de 
1993, o número necessário de países havia ratificado o tratado, que se tornou 
legalmente obrigatório em março de 1994 (THOMAS, 2012).
Efeito estufa X agricultura
Débora Marcondes Bastos Pereira Milori 
Ladislau Martin Neto 
A superfície terrestre absorve parte da radiação solar que incide sobre 
ela. Devido a esta absorção, ela esquenta e irradia energiainfravermelha de volta 
para o espaço. Alguns gases presentes naturalmente na atmosfera absorvem essa 
radiação infravermelha e a reemitem de volta para a Terra, fazendo com que esta 
radiação fique “presa” na atmosfera terrestre causando um aquecimento global, o 
chamado Efeito Estufa. Se não fosse este efeito, as temperaturas em nosso planeta 
seriam extremamente baixas, aproximadamente -20°C e os oceanos estariam 
congelados, impossibilitando o aparecimento de muitas espécies de vida na Terra. 
Os principais gases naturais responsáveis por este efeito são: vapor de água (H2O), 
LEITURA COMPLEMENTAR
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
43
dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e ozônio (O3). 
Portanto, a presença destes gases na atmosfera faz parte de um ciclo vital na Terra. 
Antes da Revolução Industrial, havia um equilíbrio de emissão e absorção 
dos gases do Efeito Estufa na Terra, isto é, o fluxo de entrada destes gases para 
a atmosfera era igual ao de saída (biossíntese), estabilizando a temperatura na 
Terra. Estima-se que em 1850 (época da disseminação da Revolução Industrial) 
a quantidade de CO2 na atmosfera era de 270 ppm (1. ppm = partes por milhão. 
Uma quantidade de 100 ppm equivale a 0,01%). Hoje, essa quantidade é de 
aproximadamente 360 ppm, um aumento de 33%. A utilização de combustíveis 
fósseis (carvão, óleo e gás natural) e a prática do desmatamento realizados em 
função da crescente demanda de energia no mundo, levaram este ciclo a um 
desequilíbrio. Cientistas avaliam que o aumento anual na concentração destes 
gases na atmosfera, atualmente, seja cerca de 0,5% para o CO2, 0,8% para o CH4 e 
1% para o N2O (BOUWMAN, 1990). Além dos gases naturais, gases produzidos 
pelo homem em processos industriais também vêm contribuindo para aumentar a 
intensidade do efeito estufa, como é o caso dos clorofluorcarbonetos. Este aumento 
da concentração destes gases absorvedores de radiação infravermelha tem sido 
relacionado ao aumento de aproximadamente 0,03ºC ao ano na temperatura do 
planeta. Acredita-se que, se nenhuma atitude for tomada, até os meados deste 
século a temperatura da Terra tenha um incremento de 4 a 5°C com relação à 
temperatura do planeta antes da Revolução Industrial. 
Tal aquecimento global seria responsável, por exemplo, pelo derretimento 
de gelo nos polos e em calotas que recobrem montanhas, causando alterações no 
perfil das regiões costeiras do planeta. Outra consequência imediata seriam as 
alterações climáticas severas que mudariam os níveis de precipitação, interferindo 
diretamente na produção de alimentos no mundo. 
Da emissão de CO2 pela queima de combustíveis fósseis, os países 
industrializados contribuem com mais do que 75% do total. O Estados Unidos, com 
apenas 4% da população mundial, é responsável por 20% da emissão total, valor 
semelhante à emissão atribuída a todos os países em desenvolvimento em conjunto.
 
Há, entretanto, processos naturais que absorvem parte destes gases. A 
fotossíntese nas plantas verdes superiores, por exemplo, está associada com a 
formação de glicose a partir do dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e luz 
(radiação solar). Parte deste carbono, entretanto, retorna para a atmosfera em função 
da respiração de micro-organismos que decompõem a matéria orgânica do solo. 
Em termos quantitativos, se levarmos em conta as emissões e os processos 
naturais de absorção, anualmente a atmosfera ganha aproximadamente 5.000 Tg 
(1Tg=1012 gramas) de carbono que não será absorvida, e se acumula na atmosfera. 
Este excedente é originado, principalmente, da queima de combustíveis fósseis. 
A situação se agrava muito se somarmos a este dado o fato de que há muito mais 
carbono armazenado em combustíveis fósseis na terra do que na atmosfera. A 
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
44
queima em larga escala destes reservatórios levaria a sérias mudanças na atmosfera 
terrestre, especialmente se isso ocorrer numa escala de tempo muito mais rápida 
do que os processos naturais de reciclagem. 
Historicamente, grandes quantidades de CO2 têm sido liberadas para a 
atmosfera através de conversão de campos e florestas em regiões agrícolas ou 
pastagens através de um desenvolvimento não sustentável. Estima-se que cerca de 
30% da quantidade total de gases do efeito estufa emitida no mundo seja originada 
através de atividades agrícolas. Contudo, deve-se salientar que num balanço preciso 
da contribuição da agricultura no aquecimento global da Terra e do efeito de 
sistemas de manejo, além do gás CO2 é fundamental a quantificação das emissões 
dos gases N2O e CH4, os quais, apesar de liberados em menor quantidade pelo solo, 
apresentam um efeito em massa equivalente cerca de 270 e 25 vezes, respectivamente, 
em relação ao do CO2 no aquecimento da Terra (LI, 1995). 
Entretanto, a agricultura pode ser uma aliada importante nesta batalha do 
controle da concentração de CO2 na atmosfera. Através da fotossíntese pode-se 
converter o CO2 da atmosfera em massa vegetal, e através de um manejo adequado 
desta massa pode-se reter o carbono no solo caracterizando um “sequestro de 
carbono” da atmosfera pelo solo. 
Neste sentido, algumas ações poderiam ser realizadas para reduzir 
emissões de gases em atividades agropecuárias e/ou possibilitar sequestro de 
carbono, tais como: emprego de biocombustível (álcool da cana-de-açúcar, por 
exemplo); ações de reflorestamento, recuperação de áreas degradadas e aplicação 
de práticas conservacionistas de manejo, como, por exemplo, o plantio direto. A 
estimativa é que através das atividades agrícolas e de mudança do uso da terra 
poderia retirar-se 400-800 Tg/ano de C da atmosfera (1 Tg=1012 g). 
Entretanto, somente a informação de acúmulo de carbono não é suficiente 
para caracterizar uma situação de sequestro de carbono. A estabilidade deste 
carbono no solo é um dado extremamente relevante, pois caso o carbono esteja 
em estruturas lábeis, facilmente será mineralizado, retornando para a atmosfera 
na forma de CO2. A quantificação do estoque de carbono no solo e a avaliação 
de seu grau de estabilidade são, portanto, medidas importantes no processo de 
identificação das práticas agrícolas mais adequadas com intuito de sequestrar 
carbono da atmosfera.
A Embrapa Instrumentação tem trabalhado no desenvolvimento de um 
equipamento compacto capaz de avaliar o teor e a estabilidade da matéria orgânica 
do solo. O princípio básico deste equipamento é o fenômeno de luminescência. 
Este efeito consiste na emissão de luz por um material quando excitado por algum 
processo específico. Esta luz emitida consiste numa impressão digital do material, 
e pode ser utilizada em pesquisas para o acompanhamento de reações químicas, 
estudos estruturais, interações moleculares etc. 
A matéria orgânica do solo emite luz azul-esverdeada quando excitada com 
luz azul ou ultravioleta. Esta emissão característica nos dá informações a respeito 
TÓPICO 2 | O AQUECIMENTO GLOBAL E A DEPLEÇÃO DE OZÔNIO
45
Laboratório de Óptica e Lasers da Embrapa Instrumentação Agropecuária
FONTE: Disponível em: <http://www.agronline.com.br/artigos/artigo.php?id=155>
do carbono no solo. O instrumento que está sendo desenvolvido pela Embrapa 
Instrumentação Agropecuária utiliza esta propriedade óptica da matéria orgânica 
do solo para medir teor e estabilidade do carbono no solo. A informação gerada 
por este instrumento permitirá aos agrônomos avaliarem manejos do solo de uma 
forma rápida e precisa. 
Entretanto, é importante enfatizar que a proposta de utilizar a agricultura 
como uma atividade responsável pelo sequestro de carbono visa otimizar um 
processo de produção, tornando-o sustentável e aliado no sentido de mitigar o efeito 
estufa. Contudo, este é um processo que deverá atingir uma saturação que está longe 
de compensar por completo as emissões geradas pela queima de combustível fóssil. 
Portanto, se não houver uma redução das emissões, este esforço não impedirá as 
ascensões na temperaturaglobal e suas consequências climáticas mundiais. 
46
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste segundo tópico apresentamos:
• O problema de longo alcance desvinculado a uma localidade específica é 
chamado de poluição global do ar.
• O ozônio é uma substância simples, formada por três átomos de oxigênio em sua 
composição molecular (O3). 
• Diferente do gás oxigênio, o O2 é formado por dois átomos de oxigênio, o gás 
ozônio é tóxico para nós, seres humanos, ou seja, não é possível respirarmos esse 
gás. 
• O ozônio forma uma camada gasosa na atmosfera, chamada de camada de 
ozônio, que protege a Terra contra os raios UVA e UVB, que são nocivos à saúde 
humana.
• Em 1985, um “buraco de ozônio” do tamanho da América do Norte foi descoberto 
sobre a Antártida. Desde então a atenção mundial dedicou-se ao problema da 
depleção de ozônio e dos poluentes responsáveis pelo dano.
• Embora nenhuma teoria tenha sido capaz de explicar por completo a 
extensão da depleção de ozônio, os cientistas concordam que a presença dos 
clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera é a explicação mais provável
• Os CFCs pertencem a uma família de substâncias químicas que eram comumente 
usadas na refrigeração, em ar condicionado, embalagens, material de isolamento, 
bem como propelentes aerossol.
• Além disso, devido à sua longa permanência na atmosfera, os CFCs lançados 
hoje afetam a camada de ozônio durante décadas seguintes.
• Como um problema da poluição global do ar, a depleção do ozônio não pode ser 
controlada sem um esforço integrado internacional.
• É de conhecimento que vários acordos internacionais foram feitos a fim de se 
controlar a depleção do ozônio, como o Protocolo de Montreal e o Protocolo de 
Kyoto.
• A cada substância é atribuído um valor numérico que significa seu potencial de 
depleção de ozônio (PDO) relativo ao clorofluorcarbono-11 (CFC-11).
• Foram promulgados dois instrumentos de política que usam explicitamente 
incentivos de mercado para excluir substâncias causadoras da depleção do 
47
ozônio: imposto especial sobre a produção de substâncias destruidoras do 
ozônio (excise tax) e um sistema de permissões comercializáveis.
• O imposto especial é um instrumento econômico utilizado para controlar 
a depleção do ozônio e alcançar os prazos determinados de interrupção da 
produção de substâncias que o destroem.
• Sob a ótica da ciência econômica, o imposto especial atua como uma cobrança de 
encargos sobre produtos sobre a substância que elimina ozônio.
• A EPA está estabelecendo um mercado de permissões para facilitar a eliminação 
gradual dos HCFCs. A implementação vai seguir o programa de permissões 
anterior a 1996 de controle dos CFCs e outras substâncias prejudiciais ao ozônio.
• Uma fonte polêmica é a previsão da resposta climática à crescente produção do 
que é denominado de gases do efeito estufa (GEE).
• De fato, no decorrer de 1997, a comunidade internacional formulou o Protocolo 
Kyoto, que continua os debates relacionados às mudanças climáticas discutidas 
inicialmente no Rio.
• O processo de absorção esquenta a atmosfera e aquece a superfície da Terra. 
Funciona mais ou menos como uma estufa que permite a entrada de luz solar 
através do vidro, mas impede o ar aquecido de escapar de volta para o exterior, 
daí a expressão efeito estufa.
• A capacidade de um GEE de reter o calor na atmosfera é medida com relação ao 
dióxido de carbono por seu potencial de aquecimento global (PAG).
• Os oceanos e as florestas, que agem como sumidouros de carbono, são os 
principais absorvedores de CO2, embora a elevação da temperatura diminua 
essa capacidade.
• As estimativas incluem previsões sobre a extensão das florestas, a biodiversidade, 
o nível dos mares, a produtividade agrícola, a qualidade do ar e da água e os 
riscos à saúde.
• O aumento do nível dos mares é considerado uma das consequências mais 
prováveis do aquecimento global, que surge da expansão térmica das massas de 
água da Terra e do derretimento das geleiras.
• Os países precisam implementar estratégias nacionais para limitar as emissões 
de GEE com o objetivo de, até o ano 2000, reduzir as emissões aos níveis de 1990.
• As diferenças nas condições políticas e econômicas entre países são ajustadas 
evitando objetivos de limites de emissões e prazos para somente um GEE. 
48
• Os signatários são estimulados a mudanças climáticas na formulação das 
políticas próprias econômicas, sociais e ambientais.
• Os países industrializados irão assessorar os países emergentes na obtenção de 
dados e no estabelecimento de limites para as emissões.
• A UNFCCC passaria a vigorar após ratificação de 50 países. Em outubro de 1992, 
os EUA tornaram-se o primeiro país industrializado, e o quarto no total dos 
países a assinar, após a votação unânime do Senado dos EUA. 
• Até o final de 1993, o número necessário de países havia ratificado o tratado que 
se tornou legalmente obrigatório em março de 1994.
49
1 O problema da poluição do ar é antigo, contudo, nos dias de hoje, até os 
mais céticos estão “sentindo na pele” os efeitos dele, como o efeito estufa, por 
exemplo, que tem deixado os nossos verões cada vez mais quentes e nossos 
invernos menos frios. Diante deste contexto, classifique V para as sentenças 
verdadeiras e F para as falsas:
( ) O ozônio forma uma camada que protege a Terra contra os raios solares 
 UVA e UVB.
( ) O efeito estufa sempre foi e sempre será bom para a Terra, pois ele impede 
 o congelamento dela.
( ) Todos nós, seres humanos, somos responsáveis por ajudar a destruir ou 
 manter a camada de ozônio.
2 Mesmo que ainda nenhuma teoria tenha conseguido explicar completamente 
a gravidade da depleção de ozônio, os cientistas afirmam que a presença dos 
clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera provavelmente é responsável pelos 
danos causados. Diante deste contexto, explique o que são os CFCs.
AUTOATIVIDADE
50
51
TÓPICO 3
DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
UNIDADE 1
1 INTRODUÇÃO
Controles específicos diferentes, levando em conta o tempo de existência das 
instalações, foram estabelecidos nas emendas à Lei do Ar Limpo (ELAL) de 1990. 
As regras exigem que as instalações construídas ou modificadas consideravelmente 
após 1970 devem satisfazer limites mais severos de emissões do que os já existentes. 
O motivo é que as novas fontes e as modificadas presumivelmente podem integrar 
a tecnologia necessária e atender padrões rigorosos com mais facilidade do que as 
outras. As construções já existentes provavelmente enfrentariam altos custos de 
aperfeiçoamento, prejudiciais à economia local. Ainda mais que elas acabariam se 
tornando obsoletas, até o ponto de necessitarem modificação ou substituição. Por 
conseguinte, com o decorrer do tempo, os padrões mais rígidos acabariam sendo 
atendidos por todas as fontes estacionárias. 
Os limites de emissões aplicáveis às fontes estacionárias novas e modificadas 
são chamados de Padrões de Desempenho para Novas Fontes (PDNF) e definidos 
pela EPA. Quando os estados determinam padrões baseados na tecnologia para 
áreas PDS ou às “em desconformidade com os padrões”, os PDNF atuam com o 
mínimo. De acordo com a Lei do Ar Limpo, os PDNF estão baseados na tecnologia 
que equivale ao “melhor sistema para redução de emissões”. A frase sugere que 
os padrões de desempenho para novas fontes pretendiam ser rigorosos, mas, 
neste caso, o rigor é suavizado em algum grau, permitindo que os custos e as 
necessidades energéticas também sejam considerados. Pelo fato de os fatores 
tecnológicos basearem-se nos limites, é permitido aos PDNF se diversificarem 
segundo as categorias das indústrias. Entretanto, cada conjunto de padrões 
industriais deve ser aplicado de modo uniforme em todas as empresas da mesma 
categoria. Em função da importância no longo prazo desses controles mais rígidos, 
o Congresso estabeleceu uma abordagem de controle duplo, colocando a EPA 
como responsável pelo controle das fontes estacionárias móveis ou modificadas e 
atribuindo responsabilidades semelhantessobre as fontes estacionárias existentes 
aos governos estaduais (THOMAS, 2012).
52
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
FIGURA 16 - ILUSTRAÇÃO REPRESENTATIVA DAS TECNOLOGIAS AMBIENTAIS
FONTE: Disponível em: <https://www.inbec.com.br/img/cursos/mba-em-
tecnologia-da-gestao-ambiental.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
1.1 NÃO CONFORMIDADES COM OS PADRÕES 
Com a introdução oficial das áreas PDS, em 1977, os controles de fontes 
estacionárias tiveram de ser revisados e adaptar-se à mudança. Tendo em vista 
ser o padrão de qualidade do ar em regiões PDS mais alto, os controles das fontes 
localizadas nessas áreas tiveram de ser reforçados. 
No entanto, novas instalações construídas em áreas PDS enfrentariam 
padrões mais rigorosos do que os existentes. De acordo com a nova política pública, 
qualquer fonte nova ou modificada em áreas PDS tem de atender aos limites de 
emissões com base na melhor tecnologia de controle disponível (MTCD), um 
padrão que se alinha com o grau máximo de redução de poluição disponível. As 
fontes existentes nessas áreas podem usar uma tecnologia mais tolerante, chamada 
a melhor tecnologia de aperfeiçoamento (retrofit) disponível (MTAD).
Os padrões para as áreas “em desconformidade com os padrões” são 
relativamente menos rígidos. Mas, assim como nas PDS, as fontes defrontam 
com padrões diferentes, tendo como base a época em que foram construídas. As 
fontes existentes precisam usar tecnologia de controle razoavelmente disponível 
(TCRD), o menos rígido de todos os padrões baseados em tecnologia. As fontes 
novas ou modificadas nas áreas precisam submeter-se à mais baixa taxa de 
emissão possível (MBTEP), a grosso modo definida como o mais rigoroso limite 
de emissões que se pode obter na prática (THOMAS, 2012).
Na prática, a consideração dos custos pretende que a tecnologia seja acessível 
financeiramente e não que seja usada como parte de uma análise custo-benefício formal para 
fixar padrões.
IMPORTANT
E
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
53
Embora se espere que os padrões das novas fontes das áreas PDS e das “em 
desconformidade com os padrões” (isto é, MTCD e MBTEP) sejam mais rígidos do que os PDNF, 
na prática, os PDNF são geralmente aceitos por ambos.
QUADRO 3 - PADRÕES TECNOLÓGICOS
F O N T E S N O VA S O U 
MODIFICADAS FONTES EXISTENTES
ÁREAS PDS
MTCD – Melhor tecnologia 
disponível refere-se ao limite 
de emissões baseados no 
grau máximo de redução da 
poluição que a autoridade 
pertinente considera possível 
atingir observando caso a 
caso.
R E T R O F I T – 
M e l h o r t e c n o l o g i a 
d e a p e r f e i ç o a m e n t o 
disponível (MTAD): BART 
refere-se a um padrão de 
emissões aplicável somente 
às emissões que podem 
afetar negativamente a 
visibilidade.
Á R E A S N Ã O 
CONFORMES
MBTEP – Mais baixa taxa de 
emissão possível refere-se ao 
índice de emissão que reflete 
a limitação mais rigorosa em 
determinado Plano Estadual 
de Implementação (PEI) para 
o mesmo tipo de fonte.
TCRD – Tecnologia de 
controle razoavelmente 
disponível refere-se a 
um padrão de emissões 
b a s e a d o n o u s o d e 
tecnologia considerada 
disponível na prática.
FONTE: Thomas (2012, p. 275)
1.1.1 Classificação dos padrões tecnológicos
• Os limites das emissões em áreas com prevenção de deterioração significativa 
(PDSI) são mais rigorosos do que os limites em áreas “em desconformidade com 
os padrões”.
• Os limites das emissões para as fontes novas são mais rigorosos do que os limites 
para as fontes existentes (THOMAS, 2012).
2 TECNOLOGIA UNIFORME
Implicitamente, existem dois prováveis problemas com os padrões de 
desempenho de novas fontes (PDNF). Em primeiro lugar, pelo fato de os padrões 
serem baseados na tecnologia, as empresas não têm flexibilidade para selecionar 
IMPORTANT
E
54
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
como atender aos limites nacionais de emissões. As duas características sugerem 
que o custo-efetividade não está sendo alcançado. 
A adoção de padrões de desempenho de novas fontes (PDNF) baseada em 
tecnologia em vez dos padrões baseados no desempenho pode também produzir 
resultado que não é custo-efetivo. Ao determinar o tipo de tecnologia a ser usado 
em todos os casos, as empresas são impedidas de usar métodos alternativos mais 
baratos. O resultado é um desperdício de recursos econômicos (THOMAS, 2012).
2.1 TECNOLOGIA EM ESCALA GLOBAL
Os avanços estratégicos e as tecnologias ambientais a eles relacionados 
são importantes para conseguir o crescimento econômico enquanto o meio 
ambiente natural é preservado. Entretanto, são geralmente desenvolvidos 
e implementados dentro dos países industrializados, mas precisam ser 
comunicados em escala global, especialmente aos países de terceiro mundo. 
Para que isso ocorra é preciso haver uma infraestrutura para compartilhar o 
conhecimento e conscientização das questões ambientais.
QUADRO 4 - PROJETO PARA O MEIO AMBIENTE (PMA)
ETAPAS DO PROJETO PMA DESCRIÇÃO
IDENTIFICAR
Identificação das tecnologias disponíveis, produtos e 
processos que podem realizar determinada função, bem 
como qualquer oportunidade de prevenção de poluição.
SIGNIFICÂNCIA
Qualificação e estimativa do valor de risco, da 
performance e do custo pelas trocas para processos 
alternativos e tecnologias emergentes. 
DISSEMINAR Disseminação das informações para toda a atividade.
PROMOVER
Promover o uso de tecnologias mais limpas, produtos 
químicos mais seguros e outras estratégias por meio de 
incentivos e outros mecanismos.
FONTE: Thomas (2012, p. 524)
2.2 TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIAS
Argumenta-se com frequência que a transferência de tecnologia é crucial 
para os avanços consistentes em direção ao desenvolvimento sustentável. 
Esse conceito se refere aos avanços e à aplicação de tecnologias e estratégias de 
gerenciamento em todo o mundo. As tecnologias ambientais cobrem um amplo 
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
55
escopo de produtos e serviços. Estão incluídas as chamadas tecnologias verde-
escuro, que tratam do controle, redução, monitoramento e reparação da poluição. 
Existem também mais avanços indiretos, igualmente importantes, as tecnologias 
chamadas tecnologias verde-claro. Estas se referem às mudanças de estratégias, ou 
na produção ,que beneficiam o meio ambiente, mesmo que este não seja o objetivo 
principal. Um exemplo é o uso do correio eletrônico em vez de memorandos 
impressos no papel. A realização de transferência de tecnologias depende de 
uma série de fatores independentes – entre eles, pesquisas, investimento físico de 
capital, comunicação, recursos financeiros e educação (THOMAS, 2012).
FIGURA 17 - ILUSTRAÇÃO REPRESENTATIVA DE TECNOLOGIA VERDE
FONTE: Disponível em: <http://info.abril.com.br/images/materias/2013/10/
thumbs/thumb-33792121038-istock-resized.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
Para saber mais, visitem a Rede de Transferência de Tecnologias (TTB) em: <http://
epa.gov/ttn>.
2.3 CONHECIMENTO AMBIENTAL
Para que o conhecimento e a tecnologia sejam disseminados eficazmente, 
as pessoas de todo o mundo precisam estar conscientes dos riscos ambientais e 
da importância de reagir a esses riscos de um modo responsável. A promoção 
da educação ambiental em todo o globo cresceu no decorrer do tempo e foi um 
tema importante na Conferência da Cúpula da Terra, em 1992, no Rio, ou a Eco 
– 92. A Agenda 21 menciona especificamente a importância da educação, da 
DICAS
56
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
FIGURA 18 - ILUSTRAÇÃO REPRESENTATIVA DO CONHECIMENTO 
AMBIENTAL
FONTE: Disponível em: <http://png.clipart.me/graphics/previews/113/
brain-tree-illustration-tree-of-knowledge-medical-environmental-or-
psychological-concept_113416663.jpg>. Acesso em: 12 fev. 2015.
A humanidade está diante de um momento decisivo na história. 
Estamos confrontando com uma perpetuação das disparidades entre 
os países e dentro deles, o agravamento da pobreza, da fome, das 
doenças e do analfabetismo, bem como da contínua deterioração 
dos ecossistemas dos quais dependemospara nosso bem-estar. 
Entretanto, a integração das preocupações com o meio ambiente 
e o desenvolvimento, bem como a dedicação de maior atenção a 
eles, levarão ao preenchimento das necessidades básicas, melhoria 
nos padrões de vida para todos, ecossistemas melhor protegidos e 
administrados e um futuro mais seguro e próspero. Nenhum país 
pode conseguir isso sozinho; mas juntos podemos – em uma parceria 
global em prol do desenvolvimento sustentável (United Nations, 
Division for Sustainable Development, Capítulo 1, parágrafo 1.1, 17 
de dezembro de 2004 apud THOMAS, 2012, p. 525).
conscientização pública e do treinamento para ajudar a implementar a agenda 
global. O objetivo é avançar na difusão do conhecimento ambiental em todas 
as regiões do mundo. Sem essa conscientização, a sociedade não irá entender a 
necessidade das mudanças, tenderá a não apoiá-las e poderá não estar disposta a 
participar do processo (THOMAS, 2012).
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
57
LEITURA COMPLEMENTAR
A CARTA DA TERRA
PREÂMBULO
Estamos diante de um momento crítico na história da Terra, numa época 
em que a humanidade deve escolher o seu futuro. À medida que o mundo torna-
se cada vez mais interdependente e frágil, o futuro enfrenta, ao mesmo tempo, 
grandes perigos e grandes promessas. Para seguir adiante, devemos reconhecer 
que, no meio de uma magnífica diversidade de culturas e formas de vida, somos 
uma família humana e uma comunidade terrestre com um destino comum. 
Devemos somar forças para gerar uma sociedade sustentável global baseada no 
respeito pela natureza, nos direitos humanos universais, na justiça econômica e 
numa cultura da paz. Para chegar a este propósito, é imperativo que nós, os povos 
da Terra, declaremos nossa responsabilidade uns para com os outros, com a grande 
comunidade da vida, e com as futuras gerações.
Terra, Nosso Lar
A humanidade é parte de um vasto universo em evolução. A Terra, nosso 
lar, está viva com uma comunidade de vida única. As forças da natureza fazem da 
existência uma aventura exigente e incerta, mas a Terra providenciou as condições 
essenciais para a evolução da vida. A capacidade de recuperação da comunidade 
da vida e o bem-estar da humanidade dependem da preservação de uma biosfera 
saudável com todos seus sistemas ecológicos, uma rica variedade de plantas e 
animais, solos férteis, águas puras e ar limpo. O meio ambiente global com seus 
recursos finitos é uma preocupação comum de todas as pessoas. A proteção da 
vitalidade, diversidade e beleza da Terra é um dever sagrado.
A Situação Global
Os padrões dominantes de produção e consumo estão causando 
devastação ambiental, redução dos recursos e uma massiva extinção de espécies. 
Comunidades estão sendo arruinadas. Os benefícios do desenvolvimento não estão 
sendo divididos equitativamente e o fosso entre ricos e pobres está aumentando. 
A injustiça, a pobreza, a ignorância e os conflitos violentos têm aumentado e são 
causa de grande sofrimento. O crescimento sem precedentes da população humana 
tem sobrecarregado os sistemas ecológico e social. As bases da segurança global 
estão ameaçadas. Essas tendências são perigosas, mas não inevitáveis.
Desafios Para o Futuro
A escolha é nossa: formar uma aliança global para cuidar da Terra e 
uns dos outros, ou arriscar a nossa destruição e a da diversidade da vida. São 
necessárias mudanças fundamentais dos nossos valores, instituições e modos de 
vida. Devemos entender que, quando as necessidades básicas forem atingidas, 
58
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
o desenvolvimento humano será primariamente voltado a ser mais, não a ter 
mais. Temos o conhecimento e a tecnologia necessários para abastecer a todos e 
reduzir nossos impactos ao meio ambiente. O surgimento de uma sociedade civil 
global está criando novas oportunidades para construir um mundo democrático 
e humano. Nossos desafios ambientais, econômicos, políticos, sociais e espirituais 
estão interligados, e juntos podemos forjar soluções includentes.
Responsabilidade Universal
Para realizar estas aspirações, devemos decidir viver com um sentido de 
responsabilidade universal, identificando-nos com toda a comunidade terrestre, bem 
como com nossa comunidade local. Somos, ao mesmo tempo, cidadãos de nações 
diferentes e de um mundo no qual as dimensões local e global estão ligadas. Cada 
um compartilha da responsabilidade pelo presente e pelo futuro, pelo bem-estar 
da família humana e de todo o mundo dos seres vivos. O espírito de solidariedade 
humana e de parentesco com toda a vida é fortalecido quando vivemos com 
reverência o mistério da existência, com gratidão pelo dom da vida, e com humildade 
considerando em relação ao lugar que ocupa o ser humano na natureza.
Necessitamos com urgência de uma visão compartilhada de valores básicos 
para proporcionar um fundamento ético à comunidade mundial emergente. 
Portanto, juntos na esperança, afirmamos os seguintes princípios, todos 
interdependentes, visando um modo de vida sustentável como critério comum, 
através dos quais a conduta de todos os indivíduos, organizações, empresas, 
governos e instituições transnacionais será guiada e avaliada.
PRINCÍPIOS
I. RESPEITAR E CUIDAR DA COMUNIDADE DA VIDA
1. Respeitar a Terra e a vida em toda sua diversidade.
a. Reconhecer que todos os seres são interligados e cada forma de vida tem valor, 
independentemente de sua utilidade para os seres humanos.
b. Afirmar a fé na dignidade inerente de todos os seres humanos e no potencial intelectual, 
artístico, ético e espiritual da humanidade.
2. Cuidar da comunidade da vida com compreensão, compaixão e amor.
a. Aceitar que, com o direito de possuir, administrar e usar os recursos naturais vem o 
dever de impedir o dano causado ao meio ambiente e de proteger os direitos das pessoas.
b. Assumir que o aumento da liberdade, dos conhecimentos e do poder implica 
responsabilidade na promoção do bem comum.
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
59
3. Construir sociedades democráticas que sejam justas, participativas, sustentáveis 
e pacíficas.
a. Assegurar que as comunidades em todos níveis garantam os direitos humanos e as 
liberdades fundamentais e proporcionem a cada um a oportunidade de realizar seu pleno 
potencial.
b. Promover a justiça econômica e social, propiciando a todos a consecução de uma 
subsistência significativa e segura, que seja ecologicamente responsável.
4. Garantir as dádivas e a beleza da Terra para as atuais e as futuras gerações.
a. Reconhecer que a liberdade de ação de cada geração é condicionada pelas necessidades das 
gerações futuras.
b. Transmitir às futuras gerações valores, tradições e instituições que apoiem, em longo 
prazo, a prosperidade das comunidades humanas e ecológicas da Terra.
Para poder cumprir estes quatro amplos compromissos é necessário:
II. INTEGRIDADE ECOLÓGICA
5. Proteger e restaurar a integridade dos sistemas ecológicos da Terra, com 
especial preocupação pela diversidade biológica e pelos processos naturais 
que sustentam a vida.
a. Adotar planos e regulamentações de desenvolvimento sustentável em todos os níveis que 
façam com que a conservação ambiental e a reabilitação sejam parte integral de todas as 
iniciativas de desenvolvimento.
b. Estabelecer e proteger as reservas com uma natureza viável e da biosfera, incluindo terras 
selvagens e áreas marinhas, para proteger os sistemas de sustento à vida da Terra, manter 
a biodiversidade e preservar nossa herança natural.
c. Promover a recuperação de espécies e ecossistemas ameaçados.
d. Controlar e erradicar organismos não nativos ou modificados geneticamente que causem 
dano às espécies nativas, ao meio ambiente, e prevenir a introdução desses organismos 
daninhos.
e. Manejar o uso de recursos renováveis como água, solo, produtos florestais e vida 
marinha de forma que não excedam as taxas de regeneração e que protejam a sanidade 
dos ecossistemas.
f. Manejar a extração e o uso de recursos não renováveis, como minerais e combustíveisfósseis de forma que diminuam a exaustão e não causem dano ambiental grave.
60
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
6. Prevenir o dano ao ambiente como o melhor método de proteção ambiental e, 
quando o conhecimento for limitado, assumir uma postura de precaução.
a. Orientar ações para evitar a possibilidade de sérios ou irreversíveis danos ambientais 
mesmo quando a informação científica for incompleta ou não conclusiva.
b. Impor o ônus da prova àqueles que afirmarem que a atividade proposta não causará dano 
significativo e fazer com que os grupos sejam responsabilizados pelo dano ambiental.
c. Garantir que a decisão a ser tomada se oriente pelas consequências humanas globais, 
cumulativas, de longo prazo, indiretas e de longo alcance.
d. Impedir a poluição de qualquer parte do meio ambiente e não permitir o aumento de 
substâncias radioativas, tóxicas ou outras substâncias perigosas.
e. Evitar que atividades militares causem dano ao meio ambiente.
7. Adotar padrões de produção, consumo e reprodução que protejam as capacidades 
regenerativas da Terra, os direitos humanos e o bem-estar comunitário.
a. Reduzir, reutilizar e reciclar materiais usados nos sistemas de produção e consumo e 
garantir que os resíduos possam ser assimilados pelos sistemas ecológicos.
b. Atuar com restrição e eficiência no uso de energia e recorrer cada vez mais aos recursos 
energéticos renováveis, como a energia solar e do vento.
c. Promover o desenvolvimento, a adoção e a transferência equitativa de tecnologias 
ambientais saudáveis.
d. Incluir totalmente os custos ambientais e sociais de bens e serviços no preço de venda 
e habilitar os consumidores a identificar produtos que satisfaçam as mais altas normas 
sociais e ambientais.
e. Garantir acesso universal à assistência de saúde que fomente a saúde reprodutiva e a 
reprodução responsável.
f. Adotar estilos de vida que acentuem a qualidade de vida e subsistência material num 
mundo finito.
 
8. Avançar o estudo da sustentabilidade ecológica e promover a troca aberta e a 
ampla aplicação do conhecimento adquirido.
a. Apoiar a cooperação científica e técnica internacional relacionada à sustentabilidade, 
com especial atenção às necessidades das nações em desenvolvimento.
b. Reconhecer e preservar os conhecimentos tradicionais e a sabedoria espiritual em todas 
as culturas que contribuam para a proteção ambiental e o bem-estar humano.
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
61
c. Garantir que informações de vital importância para a saúde humana e para a proteção 
ambiental, incluindo informação genética, estejam disponíveis ao domínio público.
III. JUSTIÇA SOCIAL E ECONÔMICA
9. Erradicar a pobreza como um imperativo ético, social e ambiental.
a. Garantir o direito à água potável, ao ar puro, à segurança alimentar, aos solos não 
contaminados, ao abrigo e saneamento seguro, distribuindo os recursos nacionais e 
internacionais requeridos.
b. Prover cada ser humano de educação e recursos para assegurar uma subsistência 
sustentável, e proporcionar seguro social e segurança coletiva a todos aqueles que não 
são capazes de manter-se por conta própria.
c. Reconhecer os ignorados, proteger os vulneráveis, servir àqueles que sofrem, e permitir-
lhes desenvolver suas capacidades e alcançar suas aspirações.
10. Garantir que as atividades e instituições econômicas em todos os níveis 
promovam o desenvolvimento humano de forma equitativa e sustentável.
a. Promover a distribuição equitativa da riqueza dentro das e entre as nações.
b. Incrementar os recursos intelectuais, financeiros, técnicos e sociais das nações em 
desenvolvimento e isentá-las de dívidas internacionais onerosas.
c. Garantir que todas as transações comerciais apoiem o uso de recursos sustentáveis, a 
proteção ambiental e normas trabalhistas progressistas.
d. Exigir que corporações multinacionais e organizações financeiras internacionais atuem 
com transparência em benefício do bem comum e responsabilizá-las pelas consequências 
de suas atividades.
11. Afirmar a igualdade e a equidade de gênero como pré-requisitos para o 
desenvolvimento sustentável e assegurar o acesso universal à educação, 
assistência de saúde e às oportunidades econômicas.
a. Assegurar os direitos humanos das mulheres e das meninas e acabar com toda violência 
contra elas.
b. Promover a participação ativa das mulheres em todos os aspectos da vida econômica, 
política, civil, social e cultural como parceiras plenas e paritárias, tomadoras de decisão, 
líderes e beneficiárias.
c. Fortalecer as famílias e garantir a segurança e a educação amorosa de todos os membros 
da família.
62
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
12. Defender, sem discriminação, os direitos de todas as pessoas a um ambiente 
natural e social, capaz de assegurar a dignidade humana, a saúde corporal e 
o bem-estar espiritual, concedendo especial atenção aos direitos dos povos 
indígenas e minorias.
a. Eliminar a discriminação em todas suas formas, como as baseadas em raça, cor, gênero, 
orientação sexual, religião, idioma e origem nacional, étnica ou social.
b. Afirmar o direito dos povos indígenas à sua espiritualidade, conhecimentos, terras e 
recursos, assim como às suas práticas relacionadas a formas sustentáveis de vida.
c. Honrar e apoiar os jovens das nossas comunidades, habilitando-os a cumprir seu papel 
essencial na criação de sociedades sustentáveis.
d. Proteger e restaurar lugares notáveis pelo significado cultural e espiritual.
IV. DEMOCRACIA, NÃO VIOLÊNCIA E PAZ
13. Fortalecer as instituições democráticas em todos os níveis e proporcionar-
lhes transparência e prestação de contas no exercício do governo, participação 
inclusiva na tomada de decisões, e acesso à justiça.
a. Defender o direito de todas as pessoas no sentido de receber informação clara e oportuna 
sobre assuntos ambientais e todos os planos de desenvolvimento e atividades que poderiam 
afetá-las ou nos quais tenham interesse.
b. Apoiar sociedades civis locais, regionais e globais e promover a participação significativa 
de todos os indivíduos e organizações na tomada de decisões.
c. Proteger os direitos à liberdade de opinião, de expressão, de assembleia pacífica, de 
associação e de oposição.
d. Instituir o acesso efetivo e eficiente a procedimentos administrativos e judiciais 
independentes, incluindo retificação e compensação por danos ambientais e pela ameaça 
de tais danos.
e. Eliminar a corrupção em todas as instituições públicas e privadas.
f. Fortalecer as comunidades locais, habilitando-as a cuidar dos seus próprios ambientes, 
e atribuir responsabilidades ambientais aos níveis governamentais onde possam ser 
cumpridas mais efetivamente.
14. Integrar, na educação formal e na aprendizagem ao longo da vida, os 
conhecimentos, valores e habilidades necessárias para um modo de vida 
sustentável.
a. Oferecer a todos, especialmente a crianças e jovens, oportunidades educativas que lhes 
permitam contribuir ativamente para o desenvolvimento sustentável.
TÓPICO 3 | DISSEMINAÇÃO DA TECNOLOGIA
63
b. Promover a contribuição das artes e humanidades, assim como das ciências, na educação 
para sustentabilidade.
c. Intensificar o papel dos meios de comunicação de massa no sentido de aumentar a 
sensibilização para os desafios ecológicos e sociais.
d. Reconhecer a importância da educação moral e espiritual para uma subsistência 
sustentável.
15. Tratar todos os seres vivos com respeito e consideração.
a. Impedir crueldades aos animais mantidos em sociedades humanas e protegê-los de 
sofrimentos.
b. Proteger animais selvagens de métodos de caça, armadilhas e pesca que causem sofrimento 
extremo, prolongado ou evitável.
c. Evitar ou eliminar ao máximo possível a captura ou destruição de espécies não visadas.
16. Promover uma cultura de tolerância, não violência e paz.
a. Estimular e apoiar o entendimento mútuo, a solidariedade e a cooperação entre todas as 
pessoas, dentro das e entre as nações.
b. Implementar estratégias amplas para prevenirconflitos violentos e usar a colaboração na 
resolução de problemas para manejar e resolver conflitos ambientais e outras disputas.
c. Desmilitarizar os sistemas de segurança nacional até chegar ao nível de uma postura não 
provocativa da defesa e converter os recursos militares em propósitos pacíficos, incluindo 
restauração ecológica.
d. Eliminar armas nucleares, biológicas e tóxicas e outras armas de destruição em massa.
e. Assegurar que o uso do espaço orbital e cósmico mantenha a proteção ambiental e a paz.
f. Reconhecer que a paz é a plenitude criada por relações corretas consigo mesmo, com 
outras pessoas, outras culturas, outras vidas, com a Terra e com a totalidade maior da 
qual somos parte.
O CAMINHO ADIANTE
Como nunca antes na história, o destino comum nos conclama a buscar 
um novo começo. Tal renovação é a promessa dos princípios da Carta da Terra. 
Para cumprir esta promessa, temos que nos comprometer a adotar e promover os 
valores e objetivos da Carta.
64
UNIDADE 1 | FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
Isto requer uma mudança na mente e no coração. Requer um novo 
sentido de interdependência global e de responsabilidade universal. Devemos 
desenvolver e aplicar com imaginação a visão de um modo de vida sustentável 
aos níveis local, nacional, regional e global. Nossa diversidade cultural é uma 
herança preciosa, e diferentes culturas encontrarão suas próprias e distintas 
formas de realizar esta visão. Devemos aprofundar e expandir o diálogo global 
gerado pela Carta da Terra, porque temos muito que aprender a partir da busca 
iminente e conjunta por verdade e sabedoria.
A vida, muitas vezes, envolve tensões entre valores importantes. Isto 
pode significar escolhas difíceis. Porém, necessitamos encontrar caminhos para 
harmonizar a diversidade com a unidade, o exercício da liberdade com o bem 
comum, objetivos de curto prazo com metas de longo prazo. Todo indivíduo, 
família, organização e comunidade têm um papel vital a desempenhar. As artes, 
as ciências, as religiões, as instituições educativas, os meios de comunicação, as 
empresas, as organizações não governamentais e os governos são todos chamados 
a oferecer uma liderança criativa. A parceria entre governo, sociedade civil e 
empresas é essencial para uma governabilidade efetiva.
Para construir uma comunidade global sustentável, as nações do 
mundo devem renovar seu compromisso com as Nações Unidas, cumprir com 
suas obrigações respeitando os acordos internacionais existentes e apoiar a 
implementação dos princípios da Carta da Terra com um instrumento internacional 
legalmente unificador quanto ao ambiente e ao desenvolvimento.
Que o nosso tempo seja lembrado pelo despertar de uma nova reverência 
face à vida, pelo compromisso firme de alcançar a sustentabilidade, a intensificação 
da luta pela justiça e pela paz, e a alegre celebração da vida.
FONTE: Disponível em: <www.mma.gov.br/estruturas/agenda21/_arquivos/carta_terra.doc>. 
Acesso em: 13 fev. 2015.
65
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste terceiro tópico apresentamos:
• Controles específicos diferentes, levando em conta o tempo de existência das 
instalações, que foram estabelecidos nas emendas à Lei do Ar Limpo (ELAL) 
de 1990.
• Os limites de emissões aplicáveis às fontes estacionárias novas e modificadas 
são chamados de Padrões de Desempenho para Novas Fontes (PDNF) e 
definidos pela EPA.
• De acordo com a Lei do Ar Limpo, os PDNF estão baseados na tecnologia que 
equivale ao “melhor sistema para redução de emissões”.
• Em função da importância no longo prazo desses controles mais rígidos, o 
Congresso estabeleceu uma abordagem de controle duplo, colocando a EPA 
como responsável pelo controle das fontes estacionárias móveis ou modificadas 
e atribuindo responsabilidades semelhantes sobre as fontes estacionárias 
existentes aos governos estaduais.
• De acordo com a nova política pública, qualquer fonte nova ou modificada em 
áreas PDS tem de atender aos limites de emissões com base na melhor tecnologia 
de controle disponível (MTCD), um padrão que se alinha com o grau máximo 
de redução de poluição disponível.
• As fontes existentes nessas áreas podem usar uma tecnologia mais tolerante, 
chamada a melhor tecnologia de aperfeiçoamento (retrofit) disponível (MTAD).
• As fontes existentes precisam usar tecnologia de controle razoavelmente 
disponível (TCRD), o menos rígido de todos os padrões baseados em tecnologia. 
• As fontes novas ou modificadas nas áreas precisam submeter-se à mais baixa 
taxa de emissão possível (MBTEP), a grosso modo definida como o mais 
rigoroso limite de emissões que se pode obter na prática.
• Os limites das emissões em áreas com prevenção de deterioração significativa 
(PDSI) são mais rigorosos do que os limites em áreas “em desconformidade com 
os padrões”.
• Os limites das emissões para as fontes novas são mais rigorosos do que os limites 
para as fontes existentes.
66
• Em primeiro lugar, pelo fato de os padrões serem baseados na tecnologia, 
as empresas não têm flexibilidade para selecionar como atender aos limites 
nacionais de emissões.
• Ao determinar o tipo de tecnologia a ser usado em todos os casos, as empresas 
são impedidas de usar métodos alternativos mais baratos.
• Os avanços estratégicos e as tecnologias ambientais a eles relacionadas são 
importantes para conseguir o crescimento econômico enquanto o meio ambiente 
natural é preservado.
• As tecnologias ambientais cobrem um amplo escopo de produtos e serviços. 
Estão incluídas as chamadas tecnologias verde-escuro, que tratam do controle, 
redução, monitoramento e reparação da poluição.
• Existem também mais avanços indiretos, igualmente importantes, as tecnologias 
chamadas tecnologias verde-claro.
• O objetivo é avançar na difusão do conhecimento ambiental em todas as regiões 
do mundo. Sem essa conscientização, a sociedade não irá entender a necessidade 
das mudanças, tenderá a não apoiá-las e poderá não estar disposta a participar 
do processo.
67
1 Atualmente, é necessário que os avanços estratégicos e as tecnologias 
ambientais estejam em consonância para que se atinja o crescimento 
econômico e social e, ainda, que o meio ambiente natural se mantenha 
preservado. Neste sentido, analise as sentenças a seguir:
I – As tecnologias verde-escuro tratam do controle, redução, monitoramento e 
reparação da poluição.
II – As tecnologias verde-bandeira mantêm o patriotismo brasileiro nas matas 
e florestas.
III – As tecnologias verde-claro são responsáveis por controlar os avanços 
indiretos.
Agora, assinale a alternativa CORRETA:
( ) Somente as sentenças I e III estão corretas.
( ) Somente a sentença II está correta.
( ) Somente as sentenças II e III estão corretas.
( ) Somente a sentença I está correta.
2 As tecnologias aplicadas, em termos ambientais, se referem aos estudos 
colocados em prática com o objetivo de minimizar e/ou evitar os efeitos da 
poluição causada ao meio ambiente como um todo. Neste sentido, explique 
o termo Melhor Tecnologia de Controle Disponível (MTCD).
AUTOATIVIDADE
68
69
UNIDADE 2
ENERGIA E ELETRICIDADE - 
FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir desta unidade você será capaz de:
• apresentar a geração de eletricidade a partir de sistemas fotovoltaicos, eóli-
cos, hídricos e termais, que são reconhecidos como as tecnologias de ener-
gia mais eficientes e que se desenvolvem rapidamente;
• conhecer a história e o funcionamento de carros elétricos a partir de bate-
rias eletroquímicas;
• definir o magnetismo e a formação de um campo magnético a partir de 
uma corrente elétrica.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No primeiro tópico, iremos estu-
dar três fontes de energia: a energia solar, a energia eólica e a energia hídrica. 
No segundo tópico, iremos apresentar a história e o funcionamento de ve-
ículos elétricos. Finalmente, no terceiro e último tópico, iremos conhecer a 
geração de eletricidade a partir do eletromagnetismo.
TÓPICO 1 – FONTES DE ENERGIA:SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
TÓPICO 2 – O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
TÓPICO 3 – ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMOTÓPICO
70
71
TÓPICO 1
FONTES DE ENERGIA: SOLAR, 
EÓLICA E HÍDRICA
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Moramos no Brasil, um país tropical, onde o Sol é a estrela mais brilhante 
em todo o território nacional. Terra, mar, sombra e água fresca no verão, que em 
muitas localidades, como no Nordeste, é a estação predominante o ano inteiro. E 
mesmo assim, diante de tanta luz solar, vivenciamos, nos últimos anos, apagões 
e crises energéticas. Importamos energia da Argentina para sairmos da escuridão 
elétrica em pleno verão. Que contradição! 
Que sede de sofrimento é essa, com tantas fontes de energia renováveis 
disponíveis? O que estamos esperando? O conhecimento, hoje, está tão disponível 
como o Sol que brilha a todos. 
A chuva pode voltar a diminuir, os mananciais continuarão em baixa, 
a seca continuará a existir, mas o Sol, este continuará brilhando. Não podemos 
permanecer inertes a tantos problemas ambientais se a solução está na própria 
natureza. Levantemos e coloquemos nossas “mãos na massa”, afinal, estamos 
aqui com que propósito?
2 FONTES DE ENERGIA
A geração de eletricidade por meio do uso de sistemas fotovoltaicos, 
eólicos, hídricos e termais pode desempenhar um papel substancial, ajudando-nos 
a satisfazer nossas necessidades de energia e, de fato, são algumas das tecnologias 
de energia que mais rapidamente se desenvolvem hoje em dia, apesar de sua 
participação no volume total ainda ser pequena. Por exemplo, a capacidade de 
geração de energia eólica aumentou 300% nos Estados Unidos nos últimos cinco 
anos, mas ainda fornece apenas 1% da eletricidade consumida no país. Em 2010, 
o objetivo da Europa era promover 20% de sua energia elétrica por meio de 
eólicas (atualmente, a Dinamarca já o faz). O Quadro 5 indica as contribuições 
das tecnologias solares ao abastecimento de energia norte-americano durante os 
últimos 23 anos. Pesquisa e desenvolvimento, assim como o preço internacional 
de petróleo e as políticas públicas, terão uma grande importância para as futuras 
contribuições da energia solar (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
72
QUADRO 5 - CONTRIBUIÇÕES SOLARES PARA O ABASTECIMENTO DE ENERGIA NOS 
ESTADOS UNIDOS
FONTE 1980 1990 2003
Aquecimento solar, FV e 
eletricidade térmica Pequena 0,063 0,37
Vento (eólica) Pequena 0,032 0,108
Biomassa 2,4 2,6 2,9
Hidrelétrica 3,0 3,1 2,8
Solar total 5,4 5,8 6,2
Consumo total 78 84 98
FONTE: Adaptado de Hinrichs (2013, p. 446)
A geração fotovoltaica (FV), conversão de luz solar diretamente em 
eletricidade, tem sido e continuará sendo uma das mais fascinantes tecnologias 
no campo de energia. Iniciada muitos anos atrás, recebeu um grande impulso 
na década de 1950 por causa de sua utilização no programa espacial norte-
americano. Dessa época até hoje, o preço das células solares caiu de um fator de 
mais de 1.000. Mesmo assim, as células solares continuam relativamente caras 
e o grau de penetração futuro no mercado é altamente dependente da redução 
dos custos de produção e do aumento da eficiência das células. Aparentemente, 
não existem mais obstáculos técnicos para a ampla disseminação do uso de 
células solares. De fato, nos últimos anos ocorreram significativos avanços no 
desenvolvimento de materiais FV de baixo custo e eficiências maiores que 30% 
foram obtidas. A Figura 19 mostra o declínio do custo FV por watt em função do 
tempo, bem como o forte crescimento das vendas mundiais de FV. Os custos em 
2003 eram de U$ 0,25 a U$ 0,30 por kWh.
FIGURA 19 - MÓDULOS FV EM CAMELO PARA REFRIGERAR AS VACINAS 
LEVADAS A REGIÕES REMOTAS
FONTE: Disponível em: <http://deltavolt.pe/images/remote/http--www.ext.
deltavolt.pe-dv_images-powercamel.jpg>. Acesso em: 18 fev. 2015.
A despeito dos custos relativamente altos, o mercado de FV continua 
a crescer. Dezenas de milhares de sistemas FV já estão fornecendo energia 
para uma variedade de aplicações, incluindo iluminação, comunicações, 
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
73
3 CÉLULAS SOLARES
O princípio por trás do uso direto da energia solar para a produção de 
eletricidade foi descoberto em 1887, por Heinrich Hertz, e explicado em 1905, por 
Albert Einstein. Foi observado que, quando a luz atinge determinados metais, 
elétrons são emitidos. Esse fenômeno, conhecido como efeito fotoelétrico, pode 
ser estudado com um artefato, como mostrado na Figura 20. Quando a luz incide 
na placa negativa, os elétrons são emitidos com uma quantidade de energia 
cinética inversamente proporcional ao comprimento de onda da luz incidente. 
Originalmente, este efeito não foi considerado surpreendente e pensou-se 
que fosse consistente com o entendimento clássico da natureza. Contudo, para 
determinados valores de comprimento de onda da radiação, nenhum elétron foi 
bombeamento de água, carregamento de baterias, refrigeração de vacinas, e 
assim por diante (HINRICHS, 2013).
Em diversas áreas remotas, sistemas FV autônomos são as únicas fontes 
de energia viáveis. Células solares apresentam vantagem de não ter poluição 
(ou, então, muito pouca) associada ao seu uso. Como convertem diretamente 
a luz em eletricidade, não são limitadas pelos funcionamentos da segunda 
lei da termodinâmica, como os motores térmicos. Elas podem ser montadas 
rapidamente; o tempo de construção de uma usina de energia FV é de um a dois 
anos, em comparação com os cinco a oito anos necessários para uma usina movida 
a combustíveis fósseis. Seu principal material é o silício, abundante na Terra, o que 
indica não haver, provavelmente, uma limitação de recursos (HINRICHS, 2013).
O mercado para a utilização de FV em aplicações remotas, energia de 
instalações e produtos para o consumidor final (calculadoras e relógios, por 
exemplo) está crescendo aproximadamente 30% ao ano nos Estados Unidos; 
de 1986 a 2002, o transporte de células e módulos solares para todos os usos 
cresceu 1.700%. Em 2003, esse país produziu células e módulos FV em um total 
de 120 MW de pico, por volta de 20% do total mundial. O Japão fornece cerca 
de 40% da produção mundial. De 1982 a 2002, cerca de 770 Mwa (MW de pico) 
de FV foram instalados nos Estados Unidos para todos os usos. À medida que o 
custo dos módulos cair dos atuais U$ 3,00 para U$ 2,00 por watt pico, a FV vai 
se tornar muito competitiva em relação aos geradores movidos a diesel (cujo 
mercado estimado é de milhares de megawatts). Quando os módulos de FV 
diminuírem para um valor próximo a U$ 1,50 por watt pico, ou o custo total 
de um sistema chegar de U$ 2,50 a U$ 3,00 por watt pico, a eletricidade FV vai 
poder ser produzida a um custo de U$ 0,12 por kWh, o que vai permitir que 
a FV tenha uma participação mais substancial no mercado norte-americano de 
serviços públicos de abastecimento de energia. A desregulação desses serviços 
públicos, conectada à opção do consumidor por “energia verde”, também será 
um fator responsável pelo aumento das contribuições da FV. A meta da indústria 
FV é produzir energia por U$ 0,06 a U$ 0,09 por kWh, o que se espera ocorra 
ainda no início deste século (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
74
emitido. Na física clássica, a única coisa que determinava se a emissão de elétrons 
iria ocorrer ou não era a intensidade luminosa que chegava à superfície, e não sua 
cor ou frequência (HINRICHS, 2013).
Os sistemas FV são classificados em watts pico (Wp), que se referem à sua produção 
de energia máxima quando operando a 25°C sob insolação de 1.000 W/m2 (N.T).
FIGURA 20 - DEMONSTRAÇÃO DO EFEITO FOTOELÉTRICO QUANDO A LUZ 
ATINGE A PLACA
FONTE: Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod03/images/
photoelectric_virginia.jpg>. Acesso em: 18 fev. 2015.
Einstein explicou este efeito ao pressupor que, neste caso, a luz se comporta 
mais como uma partícula do que como uma onda. A energia de cada partículade luz, 
chamada fóton, depende apenas da sua frequência e é igual a h x f, onde h é constante 
de Planck, e f é a frequência da luz. Um elétron em um átomo de metal é capaz de 
“capturar” um fóton e obter energia necessária para escapar se a energia do fóton 
exceder a de adesão do elétron ao metal. Isso vai acontecer se a frequência da luz for 
grande o bastante ou se o comprimento de onda for pequeno o bastante, uma vez que 
o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequência. Relembre que h x 
f = c, e a velocidade da luz c é igual a 3.108 m/s.
A maior parte das células solares é feita pelo agrupamento de duas camadas 
muito finas de silício cristalino, cada uma delas tratada de maneira especial. 
Normalmente, não existem elétrons livres no silício e, desta forma, este elemento é 
um bom isolante. Por meio de um processo denominado “dopagem”, são adicionadas 
impurezas ao silício, alterando suas propriedades e tornando-o um condutor melhor. 
Se for adicionada uma pequena quantidade de fósforo, passarão a existir elétrons 
IMPORTANT
E
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
75
extras no cristal, produzindo um semicondutor do tipo n (negativo), no qual a carga da 
corrente é de elétrons negativos. Se for adicionado boro, existirão menos elétrons que 
no silício e, assim, surgirão “buracos” vazios no cristal – lugares nos quais os elétrons 
deveriam estar, mas não estão -, produzindo um semicondutor do tipo p (positivo). 
Esses buracos atuam exatamente como cargas positivas. Quando esses dois tipos de 
semicondutores são colocados juntos, eles formam uma “junção p-n”. O rearranjo dos 
elétrons e buracos nessa junção cria uma barreira para o fluxo adicional da energia 
elétrica.
Quando a luz atinge uma célula solar, elétrons e buracos são criados pelo 
efeito fotoelétrico. Tais cargas são separadas pela barreira potencial na junção p-n. Se 
os lados tipo p e tipo n da célula solar estiverem conectados por um circuito externo, 
os elétrons vão fluir para fora do eletrodo localizado no lado tipo n, através de uma 
carga disponível para a realização de trabalho útil, e para dentro do lado tipo p, onde 
se recombinarão com os buracos (HINRICHS, 2013).
A Figura 21 mostra a montagem de uma célula solar. A fina camada superior 
geralmente é feita de silício tipo n, que deve ser bastante fina a fim de que se torne 
transparente à luz solar, com uma espessura de aproximadamente 10-6m. Nessa 
camada é anexada uma grade condutora, arranjada para evitar que grande parte da luz 
seja bloqueada. A camada inferior é de silício tipo p com aproximadamente 400mm de 
espessura; um eletrodo metálico é anexado à sua parte traseira. Para proteção contra 
os efeitos climáticos, as células são encapsuladas em material transparente.
A barreira potencial na junção p-n produz uma voltagem de aproximadamente 
0,5 V no monocristal de silício. Como em uma bateria, a saída é corrente contínua. A 
corrente de saída de uma célula solar é diretamente proporcional à quantidade de 
luz incidente e a área da célula. Sob uma luz solar de 1.000 W/m2, uma corrente de 
aproximadamente 100 miliamperes por cm2 de superfície de célula será produzida 
por células monocristal-padrão. Uma célula de 10 cm de diâmetro vai produzir, 
aproximadamente, 1 W sob uma insolação de 1.000 W/m2. Uma célula de 5 cm de 
diâmetro vai produzir cerca de 0,25 W sob a mesma insolação (HINRICHS, 2013).
FIGURA 21 - MONTAGEM DE UMA CÉLULA SOLAR
FONTE: Disponível em: <http://neosolar.com.br/blog/wp-content/uploads/2011/04/
Centro-de-desenvolvimento-da-BrightSource.jpg>. Acesso em: 23 fev. 2015.
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
76
4 ENERGIA EÓLICA
A extração de energia do vento, especialmente na forma de eletricidade, 
tem despertado cada vez mais o interesse das empresas e dos governos. A eólica 
é a forma de energia que mais cresceu atualmente, até 400% da capacidade nos 
Estados Unidos, no período de 1990 a 2004. Hoje, existem mais de 30 mil turbinas 
eólicas em todo o mundo, com uma capacidade de 40.000 MW. Estima-se que este 
tipo de energia poderá suprir de 5% a 10% da demanda de eletricidade dos Estados 
Unidos por volta de 2020. Atualmente, este número é de aproximadamente 0,1%. 
Em 2010, a União Europeia já tinha o compromisso de suprir 20% de seu consumo 
de eletricidade por meio da energia eólica.
O impacto ambiental de energia eólica é praticamente insignificante, 
sendo seu principal problema a poluição visual, apesar de já existirem algumas 
preocupações com relação ao barulho, à interferência nas comunicações e a 
acidentes com aves de rapina (HINRICHS, 2013).
A tendência é a instalação de turbinas maiores, cujas pás girem mais 
vagarosamente. Esse fator, combinado com o cuidado de alocar turbinas fora das 
rotas migratórias dos pássaros, reduziu substancialmente a taxa de mortalidade das 
aves. O uso de torres tubulares em vez das convencionais de aço elimina os poleiros 
que atraem os pássaros. Colisões de pássaros com automóveis e janelas de prédios 
altos causam mais mortes (por um fator de milhão) do que as turbinas eólicas.
Outras características positivas das turbinas de vento são seus curtos 
períodos de construção, o tamanho reduzido de suas unidades em relação ao de 
outros tipos de geradores de eletricidade (e, desta forma, têm maior adaptabilidade 
em responder às demandas elétricas) e sua capacidade de adaptação sob medida a 
usos e localizações específicas. Outra vantagem da energia eólica, especialmente no 
caso da utilização residencial, é que ela é um excelente complemento para a energia 
solar: dias com pouco sol, geralmente, são aqueles com vento acima da média.
O interesse em aproveitar os ventos certamente não é novo; eles foram 
uma das primeiras fontes naturais de energia a serem utilizadas. Existem indícios 
da existência de moinhos de vento na Babilônia e na China em 2.000 a 1.700 a.C. 
para bombear água e moer grãos (HINRICHS, 2013). Os moinhos de vento foram 
introduzidos na Europa por volta do século XII e, em 1750, a Holanda tinha oito 
mil deles, e a Inglaterra, 10 mil. Sua utilização entrou em declínio após a introdução 
do motor a vapor de James Watt no fim do século XVIII, e acelerou-se no início do 
século XX como resultado da disponibilidade de combustíveis fósseis baratos e 
confiáveis, assim como da energia hidráulica. O moinho de vento foi (e ainda é) 
muito importante para o desenvolvimento econômico dos Estados Unidos, já que 
proporcionava uma forma de bombear e fornecer água às fazendas distantes para 
a produção agropecuária. Atualmente, existem mais de 150 mil moinhos de vento 
em operação nos Estados Unidos, sendo a maioria deles utilizada para bombear 
água. Milhares de unidades de 2 kW a 3 kW foram instaladas durante as décadas 
de 1930 e 1940 para gerar eletricidade nas áreas rurais, mas a Rural Electrification 
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
77
Administration e a Tennessee Valley Authority desestimularam tais utilizações ao 
incentivar a eletrificação por meio de empréstimos e da construção de usinas de 
energia elétrica.
O desenvolvimento do atual setor de energia eólica nos Estados Unidos 
iniciou-se após a crise energética de 1973, com a construção, pela NASA e pelo 
Departamento de Energia, de máquinas de demonstração capazes de gerar muitos 
quilowatts de energia. Uma das primeiras máquinas de demonstração em larga 
escala (construída em 1975) foi a turbina eólica de 100 kW da NASA, localizada 
próximo a Sandusky, Ohio. Essa máquina de eixo horizontal tinha duas lâminas 
ou pás com um diâmetro de 125 pés e foi projetada para uma velocidade nominal 
do vento de 18 mph. Depois, máquinas de demonstração de 200 kW e projeto 
similar foram montadas em Porto Rico, no Novo México, e em Rhode Island. 
Diversas máquinas dimensionadas para geração da ordem de megawatts foram 
construídas em Boone, Carolina do Norte (pás de 200 pés de diâmetro) e no 
Estado de Washington (2,5 MW e 300 pés de diâmetro de pás).Tais máquinas se 
mostraram pouco econômicas e apresentaram falhas em seus componentes por 
causa da fadiga dos metais. As pás dos moinhos atuais são mais leves e duráveis, 
construídas com fibra de carbono ou de vidro em vez de metal (HINRICHS, 2013).
Os esforços comerciais na área da energia eólica aumentaram dramaticamente 
na década de 1980, principalmente em razão dos incentivos fiscais, das novas 
tecnologias nos sistemas de energia eólica e da aprovação do Public Utilities Regulatory 
Policies Act (Purpa), que determinava que as empresas públicas e as concessionárias 
de serviços deveriam passar a comprar energia de fontes qualificadas ao preço 
estabelecido pelas concessionárias. O desenvolvimento eólico nos Estados Unidos 
diminuiu no fim da década de 1980 e início da década de 1990 em razão da queda dos 
preços de petróleo (acentuada em 1986), do aumento do número de usinas geradoras 
a gás natural e do fim dos incentivos fiscais. Atualmente, esse país está observando 
um significativo crescimento no setor da energia eólica – um crescimento de 345% 
no período de 1998 a 2003 (HINRICHS, 2013).
As costas marinhas (offshore) são uma das áreas que vêm crescendo muito 
nas aplicações das turbinas eólicas. Tais lugares têm a vantagem de apresentar, 
geralmente, maiores velocidades de vento e menos turbulência. Trabalhos 
relacionados à fundação e à proteção contra a corrosão salina fazem essas unidades 
serem um pouco mais caras do que as terrestres na praia. A Europa tem cerca de 
doze fazendas eólicas offshore; a maior delas é a Horns Ver, na Dinamarca, com 80 
turbinas de 2 MW cada. O maior projeto (proposto) nos Estados Unidos é o Projeto 
de Energia Eólica “Cape Wind”, com 420 MW, localizado na costa de Massachusetts, 
em Nantucket Sound. Esse parque eólico consistirá de 130 turbinas de 3,2 MW, 
tendo cada uma cerca de 425 pés (130 m) de altura. Elas serão instaladas a três 
milhas da costa e as turbinas distanciarão umas das outras cerca de meia milha. 
As pás girarão a 15 rpm. Estima-se que esse parque eólico vá produzir em torno 
de 75% das necessidades anuais de eletricidade de “Cape” e reduzir a emissão de 
gases estufa em um milhão de toneladas por ano.
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
78
A energia de turbinas eólicas só é produzida se houver vento, com 
velocidades acima de um certo valor mínimo. Assim, o conceito de “capacidade 
instalada” pode não ter significado. Para muitos projetos eólicos, a eletricidade é 
produzida em torno de 20% da energia máxima durante o ano todo. Isso pode ser 
comparado a uma usina nuclear, na qual a eletricidade é gerada em quase 90% do 
máximo (HINRICHS, 2013).
FIGURA 22 - PARQUE EÓLICO COSTEIRO (OFFSHORE) NA BAÍA DE 
COPENHAGEN, DINAMARCA. CAPACIDADE DE 40 MW
FONTE: Disponível em: <http://www.globalconstroi.com/images/stories/
News/2011/01_janeiro/semana3/torres-eolicas-no-mar.jpg>. Acesso em: 20 
fev. 2015.
O tamanho das turbinas de vento aumentou na década de 1990, passando 
de unidades de 100 KW para outras de 1.000 KW. O aumento no tamanho das 
turbinas provocou uma diminuição dramática dos custos. Em 1981, um modelo 
de 25 kW custava U$ 2.600/kW. Hoje, um modelo de 1 MW custa U$ 800/KW. 
Atualmente, existem mais de 17 mil turbinas eólicas de tamanho intermediário 
nos Estados Unidos, com uma capacidade média que varia de 100 kW a 200 kW. A 
maioria delas encontra-se em “fazendas eólicas” (wind farms), principalmente na 
Califórnia, com uma capacidade instalada de mais de 2.000 MW. Este Estado tem 
cerca de 30% da capacidade eólica instalada nos Estados Unidos, porcentagem que 
atingia 70% no final da década de 1990. Milhares de turbinas de vento (de diversos 
tipos e de eixos tanto verticais quanto horizontais) estão em funcionamento, 
injetando suas produções diretamente nas linhas de rede elétrica do Estado. No 
momento, 15% da energia elétrica da maior concessionária da Califórnia, a PG&E, 
são fornecidos pela energia eólica (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
79
FIGURA 23 - TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (100-200 KW) 
GERANDO ELETRICIDADE NA ÁREA ALTAMOND PASS, AO NORTE DA 
CALIFÓRNIA.
Disponível em: https://goo.gl/NrjTuk. Acesso em: 20 fev. 2015.
5 SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA
Os componentes básicos de um sistema de energia eólica são mostrados 
na Figura 24. A pressão do vento faz girar um rotor composto por lâminas ou pás. 
Esse rotor está conectado a um eixo que, por sua vez, está conectado a um gerador 
elétrico por meio de várias engrenagens. Para sistemas menores, residenciais, a 
saída de corrente contínua do gerador pode ser armazenada em baterias ou fazer 
lâmpadas, torradeiras e aquecedores. Um sistema que revolucionou a indústria 
de energia eólica é o “inversor síncrono”, que converte a corrente contínua que 
sai do gerador eólico em corrente alternada e permite a conexão para operação 
em paralelo com a rede elétrica da concessionária na frequência correta (60 Hz, 
no caso dos Estados Unidos). A eletricidade é vendida para a concessionária a um 
valor determinado por Estado ou pelo mercado (HINRICHS, 2013).
FIGURA 24 - SISTEMA DE ENERGIA EÓLICA RESIDENCIAL
FONTE: Disponível em: <http://www.electronica-pt.com/imagens/energia-eolica.
gif>. Acesso em: 20 fev. 2015.
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
80
Para determinar o tamanho de um gerador eólico necessário para 
abastecer uma residência, é preciso determinar a demanda de energia elétrica 
da residência, que é de aproximadamente 600 kWh por mês, ou 20 kWh por 
dia, para uma casa típica. A energia gerada em um mês por uma turbina eólica 
depende da velocidade do vento de projeto (ou seja, da velocidade do vento 
na qual o gerador produz sua potência de projeto) e do perfil de velocidade do 
vento (ou seja, do número de horas de ocorrência de vento a uma determinada 
velocidade). Por causa da dependência com o cubo da velocidade que a potência 
de saída apresenta, não podemos utilizar a velocidade média do vento. Para 
calcular a produção mensal de energia, poderíamos calcular a força em cada 
velocidade do vento, multiplicá-la pelo número de horas diárias de ocorrência 
dessa velocidade durante um mês e somar os totais para obter o número de 
quilowatts-hora produzidos por mês. Isso seria extremamente tedioso. Sendo 
assim, os cálculos para localidades com ventos acima da média utilizam uma 
relação empírica segundo a qual se pode esperar cerca de 70 kWh por mês por 
quilowatt de projeto para uma unidade com velocidade do vento de projeto 
de 25 mph. Dessa forma, um gerador eólico de 6 kW vai fornecer 6 x 70 = 420 
kWh por mês, o que é adequado para uma residência. Todavia, o custo pode 
ser proibitivo. Os preços correntes de um sistema completo de gerador eólico 
são de aproximadamente U$ 4.000 para cada 100 kWh de produção mensal. A 
menos que linhas elétricas tenham de ser trazidas de longas distâncias até a sua 
casa à sua custa, ainda é mais barato comprar eletricidade de sua concessionária 
local. Linhas elétricas com este objetivo custam U$ 20.000 e U$ 30.000 por milha 
instalada. Consequentemente, a maior parte da instalação de turbinas eólicas, 
hoje em dia, ocorre em grandes fazendas eólicas, onde a economia de escala 
reduz o custo total. Essas unidades são conectadas diretamente na rede elétrica 
(HINRICHS, 2013).
5.1 ARMAZENAMENTO E ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA
Como os ventos são intermitentes e não podem ser trazidos de volta ou 
retidos, a armazenagem de energia para utilização posterior é muito importante se 
não forem possíveis a conexão com a rede elétrica existente e a venda do excesso 
de produção de eletricidade para a concessionária local. No caso de residências, 
a energia elétrica normalmente é armazenada em baterias chumbo-ácido de 12V. 
Dez dessas baterias podem ser conectadas em série para fornecer uma saída de 
corrente contínua de 120V. A capacidade de armazenamento de uma bateria é 
medida em amperes-horas. Uma vez que a energiapode ser expressa em termos 
de watts-horas e watts = volts x amperes, a energia armazenada pode ser expressa 
como o produto da capacidade de armazenamento da bateria e tensão nominal, 
que é a de projeto (HINRICHS, 2013).
Energia armazenada adicional pode também ser obtida das fazendas 
eólicas por meio da utilização de sua saída durante as horas de baixa demanda 
para bombear água para um reservatório. Durante a demanda de pico, a água 
desse reservatório pode ser usada para produção de energia elétrica. Apesar 
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
81
FIGURA 25 - MAPA DO POTENCIAL EÓLICO DOS ESTADOS UNIDOS
FONTE: Disponível em: <http://static.hsw.com.br/gif/wind-power-map.gif>. Acesso 
em: 20 fev. 2015.
da utilização da energia eólica no início ter sido quase totalmente restrita à 
Califórnia, ela se espalhou pelo noroeste do Pacífico e pela região central dos 
Estados Unidos. A Figura 25 mostra o potencial de energia eólica dos Estados 
Unidos. Os estados do Meio-Oeste apresentam mais potencial para fazendas 
eólicas. Fazendeiros e rancheiros recebem uma vantagem quando alugam sua 
terra para construção e operação de turbinas eólicas. Os proprietários podem 
esperar algo como $3.000 por turbina/ano. Isso deve ser comparado com $300 
por acre se ali for plantado milho e $10 por acre se a área for usada para pasto. 
Somente um quarto de acre é necessário para a turbina, o que permite que o 
restante da terra possa ser usado para agricultura. NYMBY se tornou PIMBY (put 
in my backyard – coloque no meu quintal) (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
82
O mundo todo tem utilizado em larga escala turbinas de vento para a geração 
de eletricidade, tanto em terra quanto nas costas marítimas. Em termos mundiais, a eólica é a 
tecnologia de geração de energia que mais rapidamente cresce. Sua potência aumentou com o 
cubo da velocidade do vento e com o quadrado do diâmetro de lâminas do rotor (HINRICHS, 2013).
6 ENERGIA HIDRÁULICA
Historicamente, a energia hidráulica tem sido utilizada para fazer a água 
gerar trabalho útil – moer grãos, serrar madeira e fornecer energia para outras 
tarefas. A força das águas foi transferida para uma série de máquinas de movimento 
rotatório por meio de eixos, hastes, roldanas, polias, cabos e engrenagens. Os 
gregos utilizavam rodas d´água de eixo vertical já em 85 a.C., e de eixo horizontal 
por volta de 15 a.C. A força das águas foi a única fonte de energia mecânica (além 
do vento) disponível até o desenvolvimento do motor a vapor no século XIX.
Outra importante invenção do século XIX foi o desenvolvimento dos 
geradores elétricos. A energia hidráulica foi a fonte natural utilizada para abastecê-
los. Este tipo de energia converte energia potencial em cinética, em virtude de 
mudanças de elevação. Rios com uma ampla gama de variações nas taxas de vazão 
mostraram-se pouco adequados para a instalação de geradores, mas a construção 
de represas e barreiras forneceu um meio fácil de se ajustar a vazão da água para 
atender às diversas e variadas demandas por eletricidade. A primeira hidrelétrica 
construída nos Estados Unidos localizava-se em Appleton, Wisconsin, em 1882. O 
gerador produziu, basicamente, corrente contínua para as indústrias locais.
Os Estados Unidos produzem, aproximadamente, 10% da sua eletricidade 
utilizando a energia hidráulica. Apesar da quantidade total de eletricidade assim 
produzida ter aumentado durante o passar do tempo, a participação percentual 
IMPORTANT
E
O que ajudou muito nesse crescimento foi o fato de muitos estados 
requererem que suas concessionárias comprem um certo total de MW de energia 
eólica por ano. A reestruturação da indústria de energia elétrica também deu 
um “empurrão” para a eólica. Muitas concessionárias nos Estados Unidos estão 
oferecendo este tipo de energia como o principal ou único recurso em programas 
de energia verde (Green Power). Os consumidores podem optar por adquirir 
eletricidade eólica em vez daquela produzida por fontes convencionais. Um 
crescimento contínuo e forte é esperado neste século, e deverá ser incrementado 
pelo aprimoramento dos projetos de turbinas de vento, pelos aumentos nos preços 
de combustíveis e da demanda de eletricidade, e pelas preocupações ambientais, 
que tornam a energia eólica uma alternativa bastante atraente (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
83
QUADRO 6 - PRODUÇÃO ELÉTRICA MUNDIAL EM 2002
ELETRICIDADE GERADA 
(BILHÕES DE KWh)
CAPACIDADE INSTALADA 
(MILHARES DE MW)
Canadá 315 67
China 309 83
Brasil 282 63
Estados Unidos 255 99
Rússia 180 45
Noruega 125 27
Japão 81 22
Índia 68 26
Suécia 66 16
FONTE: Adaptado de Hinrichs (2013, p. 474).
desse tipo de eletricidade diminuiu de quase 35% para apenas 10% nos últimos 
50 anos. Em torno de 45% do potencial de desenvolvimento de hidrelétricas nos 
Estados Unidos foram utilizados até hoje. A maior instalação norte-americana é 
a Represa Grand Coulee, com capacidade de 6.495 MW; existem planos para se 
aumentar sua produção para 14.780 MW (HINRICHS, 2013).
Cerca de 19% da eletricidade mundial é produzida por energia hidráulica. 
Esse percentual varia de 75% na América Latina (em 1998) a 16% na África, onde 
existe um imenso potencial. O Quadro 6 apresenta, para 2002, tanto a quantidade 
de energia elétrica gerada quanto a capacidade instalada dos principais países 
que a utilizam. Nos últimos dez anos, a produção hidrelétrica mundial aumentou 
apenas 1,8% ao ano.
A maior usina hidrelétrica, atualmente, em operação no mundo, é a Represa 
das Três Gargantas, na China, localizada no Rio Yangtzé, que foi terminada em 2009 
e tem uma capacidade de 18.600 MW. Essa represa tem 2,3 km (1,4 milha) de largura, 
185 m (607 pés) de altura e um reservatório com 625 km (375 milhas) de comprimento. 
Em seguida, temos a usina localizada no Brasil/ Paraguai, com capacidade de 1.600 
MW, porém, a Rússia já tem planejada a instalação de uma usina de 20.000 KW.
Embora as hidrelétricas não poluam, elas afetam o meio ambiente. A 
construção de uma represa ou barragem resulta na inundação de grandes áreas 
de terra. O projeto de Três Gargantas deslocou 1,2 milhão de pessoas e inundou 
tesouros nacionais de centenas de anos de idade. Ao mesmo tempo em que a água 
represada por uma barragem pode se tornar uma grande área de lazer e recreação, 
ela elimina o hábitat de algumas espécies animais e vegetais ameaçadas de extinção. 
Outra preocupação tem relação com o potencial aumento dos casos de problemas 
de saúde acarretados pela retenção de poluentes produzidos pelas cidades grandes 
localizadas ao montante da represa. Também pode ocorrer uma redução no fluxo 
de sedimentos e nutrientes para as regiões localizadas ao montante da represa. 
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
84
FIGURA 26 - BARRAGEM DE TRÊS GARGANTAS NO RIO YANGTZÉ NA CHINA
Outra preocupação relacionada com os sistemas hidrelétricos é o risco 
da falha catastrófica. Um movimento de grandes placas tectônicas pode causar 
terremotos, ou tsunamis (como em dezembro de 2004), com imensos danos a uma 
barragem (HINRICHS, 2013).
FONTE: Disponível em: <http://www.nanduti.com.py/noticias/images/f7a5a9_
represa.jpg>. Acesso em: 23 fev. 2015.
6.1 SISTEMAS DE ENERGIA HIDRELÉTRICA
Note que a Figura 27, a seguir, apresenta um modelo simples de uma usina 
hidrelétrica. A água flui do reservatório para a usina através de um grande tubo 
denominado tubulação de adução e, na casa de máquinas, movimenta uma turbina 
de reação ou impulso. A saída é uma função de queda (head) e da vazão de água. A 
queda é a distância vertical do nível mais alto da água armazenada até a turbina. 
Em barragens de baixa queda essa distância é menor do que 30m (100 pés) ou mais 
(HINRICHS, 2013).
Após a construção da Represa de Assuan no Egito, em 1964, a pesca da região leste 
do Mediterrâneo foi afetada. Águas quentes estagnadas ou com baixa velocidade 
de movimentação tambémpodem causar outros problemas de saúde pública. No 
Egito, os moluscos que se reproduzem no lodo da Represa de Assuan, vetores de 
parasitas, já transmitiram a esquistossomose a milhões de pessoas, uma doença 
seriamente debilitadora (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
85
FIGURA 27 - MODELO DE USINA HIDRELÉTRICA DE ALTURA MÉDIA A ALTA
FONTE: Disponível em: <http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/usina-
hidreletrica/imagens/Usina-1.jpg>. Acesso em: 23 fev. 2015.
Uma grande saída pode ser obtida, tanto uma baixa queda quanto uma alta 
queda com uma grande vazão de água. A Central de Hoover, no Rio Colorado, 
é a barragem mais alta dos Estados Unidos, com uma queda de 221 m (725 pés) 
e uma saída de 1.300 MW. A barragem Robert Moses/Robert Saunders, usina 
internacional no Rio Saint Lawrence, entre os Estados Unidos e o Canadá, tem 
uma capacidade de geração de 1.800 MW, mas uma queda de apenas 9 m (30 pés).
Turbinas foram desenvolvidas para diferentes vazões e pressões criadas 
pela queda d´água. Um tipo básico de roda é a hidráulica alimentada por baixo 
(undershot wheel), vide na Figura 28. Essa roda pode ter diâmetro de 5 m ou mais, 
com pás achatadas ao longo do perímetro. Ela opera em baixa queda com eficiência 
de 20% a 40%. A roda de peitoral (breast wheel) pode ser usada em quedas maiores 
e utiliza tanto a vazão quanto o peso da água para aumentar a eficiência para algo 
em torno de 65%. A roda alimentada por cima (overshot wheel) usa uma calha para 
criar uma força no topo da roda, além do peso da água, elevando a eficiência para 
até 85% (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
86
FIGURA 28 - MODELO DE RODA D´ÁGUA
FONTE: Disponível em: http://colunas.revistaepoca.globo.com/viajologia/
files/2009/10/mann-484-web60.jpg. Acesso em: 23/02/2015.
As turbinas modernas são de dois tipos principais – de impulso e reação. 
A turbina Pelton (impulso) usa bicos injetores associados às pás em forma de 
concha para desenvolver velocidades rotativas de até 1.300 rpm. É como a água 
de uma mangueira de jardim batendo em sua mão – o impulso empurra sua mão 
para trás. A Pelton é similar a uma roda d´água tradicional em um moinho de 
cereais. A turbina à reação é usada em muitas das maiores centrais hidrelétricas 
hoje. Um tipo é a Francis, utilizada em grandes centrais com fortes quedas. Como 
uma mangueira no aro da roda ou em um borrifador (sprinkler) rotativo de grama, 
a roda gira em virtude da terceira lei de Newton. Uma turbina de reação mais 
moderna é a Kaplan, que usa um sistema de pás com grau de inclinação variável, 
semelhante à hélice de um navio.
Nos anos recentes está havendo um aumento substancial de hidrelétricas 
formadas por unidades de pequena escala ou baixa queda. Elas são algumas vezes 
denominadas de micro usinas hidrelétricas. Se houver um volume suficiente de 
água passando, quedas bastante pequenas, como de 2 m e 3 m, podem ser usadas 
(HINRICHS, 2013).
Algumas micro usinas têm potência bem pequena, da ordem de 200 W a 
500 W, e são usadas principalmente para carregar baterias. Essas unidades são 
mais baratas que módulos PV de mesma potência e têm maior disponibilidade. 
Têm sido usadas nos países em desenvolvimento para alimentar pequenas clínicas 
médicas e outros equipamentos em sistemas de pequeno porte. A potência de 
saída é um produto da queda pela vazão. Uma vazão pequena vai requerer uma 
queda maior para produzir a mesma potência (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
87
Instalações hidrelétricas de pequena escala, algumas vezes denominadas micro 
hidrelétricas, possuem capacidade da ordem de 1 a 100 kW e podem fornecer energia elétrica 
suficiente para atender às necessidades de uma a cem casas, exceto para aquecimento elétrico 
de ambientes e água. Em tais instalações, alguma água é desviada de uma fonte situada em 
algum ponto acima da instalação e transportada por condutos ou canos até a turbina que 
aciona um gerador para produzir eletricidade. Essa eletricidade pode ser armazenada em 
baterias, especialmente no caso de unidades menores. A potência produzida por essa água é 
igual à taxa de perda de energia potencial gravitacional que ocorre quando a água cai da fonte. 
A mudança na energia potencial gravitacional é igual ao peso da água x a altura vertical da qual 
ela cai (denominada queda).
A energia hidráulica é responsável por aproximadamente metade de toda a 
eletricidade gerada por meio da utilização de recursos naturais renováveis. A outra 
metade é fornecida pela utilização de biomassa. Apesar de o desenvolvimento 
de instalações hidrelétricas de larga escala nos Estados Unidos ter chegado a um 
platô, ainda existe muito potencial para o crescimento da geração hidrelétrica nos 
países em desenvolvimento (HINRICHS, 2013).
LEITURA COMPLEMENTAR
POSTE DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA 100% ALIMENTADO 
POR ENERGIA EÓLICA E SOLAR
GEVAN OLIVEIRA
 
Empresário cearense desenvolve o primeiro poste de iluminação pública 100% alimentado 
por energia eólica e solar
IMPORTANT
E
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
88
Não tem mais volta.
 
As tecnologias limpas – aquelas que não queimam combustível fóssil – 
serão o futuro do planeta quando o assunto for geração de energia elétrica. E, nessa 
onda, a produção eólica e solar sai na frente, representando importantes fatias na 
matriz energética de vários países europeus, como Espanha, Alemanha e Portugal, 
além dos Estados Unidos. Também está na dianteira quem conseguiu vislumbrar 
essa realidade quando havia apenas teorias, e preparou-se para produzir energia 
sem agredir o meio ambiente. No Ceará, um dos locais no mundo com maior 
potencial energético (limpo), um ‘cabeça chata’ pretende mostrar que o Estado, 
além de abençoado pela natureza, é capaz de desenvolver tecnologia de ponta.
O professor Pardal cearense é o engenheiro mecânico Fernandes Ximenes, 
proprietário da Gram-Eollic, empresa que lançou no mercado o primeiro poste de 
iluminação pública 100% alimentado por energias eólica e solar. Com modelos de 
12 e 18 metros de altura (feitos em aço), o que mais chama a atenção no invento, 
tecnicamente denominado de Produtor Independente de Energia (PIE), é a 
presença de um avião no topo do poste.
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
89
Feito em fibra de carbono e alumínio especial – mesmo material usado em 
aeronaves comerciais –, a peça tem três metros de comprimento e, na realidade, é a 
peça-chave do poste híbrido. Ximenes diz que o formato de avião não foi escolhido 
por acaso. A escolha se deve à sua aerodinâmica, que facilita a captura de raios 
solares e de vento. "Além disso, em forma de avião, o poste fica mais seguro. São 
duas fontes de energia alimentando-se ao mesmo tempo, podendo ser instalado 
em qualquer região e localidade do Brasil e do mundo", esclarece.
Tecnicamente, as asas do avião abrigam células solares que captam raios 
ultravioleta e infravermelhos por meio do silício (elemento químico que é o 
principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes 
semicondutores e dos silicones), transformando-os em energia elétrica (até 400 
watts), que é armazenada em uma bateria afixada alguns metros abaixo. Cumprindo 
a mesma tarefa de gerar energia, estão as hélices do avião. Assim como as naceles 
(pás) dos grandes cata-ventos espalhados pelo litoral cearense, a energia (até 1.000 
watts) é gerada a partir do giro dessas pás.
Cada poste é capaz de abastecer outros três ao mesmo tempo. Ou seja, um 
poste com um "avião" – na verdade um gerador – é capaz de produzir energia 
para outros dois sem gerador e com seis lâmpadas LEDs (mais eficientes e mais 
ecológicas, uma vez que não utilizam mercúrio, como as fluorescentes compactas) 
de 50 mil horas de vida útil dia e noite (cerca de 50 vezes mais que as lâmpadas 
em operação atualmente; quanto à luminosidade, as LEDs são oito vezes mais 
potentes queas convencionais). A captação (da luz e do vento) pelo avião é feita 
em um eixo com giro de 360 graus, de acordo com a direção do vento.
À prova de apagão
Por meio dessas duas fontes, funcionando paralelamente, o poste tem 
autonomia de até sete dias, ou seja, é à prova de apagão. Ximenes brinca dizendo 
que sua tecnologia é mais resistente que o homem: "As baterias do poste híbrido 
têm autonomia para 70 horas, ou seja, se faltarem vento e sol 70 horas, ou sete 
noites seguidas, as lâmpadas continuarão ligadas, enquanto a humanidade seria 
extinta porque não se consegue viver sete dias sem a luz solar".
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
90
O inventor explica que a ideia nasceu em 2001, durante o apagão. Naquela 
época, suas pesquisas mostraram que era possível oferecer alternativas ao caos 
energético. Ele conta que a caminhada foi difícil, em função da falta de incentivo – 
o trabalho foi desenvolvido com recursos próprios. Além disso, teve que superar 
o pessimismo de quem não acreditava que fosse possível desenvolver o invento. 
"Algumas pessoas acham que só copiamos e adaptamos descobertas de outros. 
Nossa tecnologia, no entanto, prova que esse pensamento está errado. Somos, sim, 
capazes de planejar, executar e levar ao mercado um produto feito 100% no Ceará. 
Precisamos, na verdade, é de pessoas que acreditem em nosso potencial", diz.
Mas esse não parece ser um problema para o inventor. Ele até arranjou 
um padrinho forte, que apostou na ideia: o governo do Estado. O projeto, gestado 
durante sete anos, pode ser visto no Palácio Iracema, onde passa por testes. De 
acordo com Ximenes, nos próximos meses deve haver um entendimento entre as 
partes. Sua intenção é colocar a descoberta em praças, avenidas e rodovias.
O empresário garante que só há benefícios econômicos para o (possível) 
investidor. Mesmo não divulgando o valor necessário à instalação do equipamento, 
Ximenes afirma que a economia é de cerca de R$ 21.000 por quilômetro/mês, 
considerando-se a fatura cheia da energia elétrica. Além disso, o custo de instalação 
de cada poste é cerca de 10% menor que o convencional, isso porque economiza 
transmissão, subestação e cabeamento. A alternativa teria, também, um forte 
impacto no consumo da iluminação pública, que atualmente representa 7% da 
energia no Estado. "Com os novos postes, esse consumo passaria para próximo 
de 3%", garante, ressaltando que, além das vantagens econômicas, existe ainda o 
apelo ambiental. "Uma vez que não haverá contaminação do solo, nem refugo de 
materiais radioativos, não há impacto ambiental", finaliza Fernandes Ximenes.
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
91
Vento e sol 
Com a inauguração, em agosto do ano passado, do parque eólico Praias 
de Parajuru, em Beberibe, o Ceará passou a ser o Estado brasileiro com maior 
capacidade instalada em geração de energia elétrica por meio dos ventos, com 
mais de 150 megawatts (MW). Instalada em uma área de 325 hectares, localizada a 
pouco mais de cem quilômetros de Fortaleza, a nova usina passou a funcionar com 
19 aerogeradores, capazes de gerar 28,8 MW. O empreendimento é resultado de 
uma parceria entre a Companhia Energética de Minas Gerais (Cemig) e a empresa 
Impsa, fabricante de aerogeradores. Além dessa, a parceria prevê a construção de 
dois outros parques eólicos – Praia do Morgado, com uma capacidade também de 
28,8 MW, e Volta do Rio, com 28 aerogeradores produzindo, em conjunto, 42 MW 
de eletricidade. Os dois parques serão instalados no município de Acaraú, a 240 
quilômetros de Fortaleza. Se no litoral cearense não falta vento, no interior o que tem 
muito são raios solares. O calor, que racha a terra e enche de apreensão o agricultor 
em tempos de estiagem, traz como consolo a possibilidade de criação de emprego e 
renda a partir da geração de energia elétrica. Na região dos Inhamuns, por exemplo, 
onde há a maior radiação solar de todo o país, o potencial é que sejam produzidos, 
durante o dia, até 16 megajoules (MJ – unidade de medida da energia obtida pelo 
calor) por metro quadrado. 
Essa característica levou investidores a escolher a região, especificamente 
o município de Tauá, para abrigar a primeira usina solar brasileira. O projeto 
está pronto e a previsão é que as obras comecem no final deste mês (abr10). O 
empreendimento contará com aporte do Fundo de Investimento em Energia 
Solar (FIES), iniciativa que dá benefícios fiscais para viabilizar a produção e 
comercialização desse tipo de energia, cujo custo ainda é elevado em relação a 
outras fontes, como hidrelétricas, térmicas e eólicas.
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
92
A usina de Tauá será construída pela MPX – empresa do grupo EBX, de 
Eike Batista – e inicialmente foi anunciada com uma capacidade de produção de 
50 MW, o que demandaria investimentos superiores a US$ 400 milhões. Dessa 
forma, seria a segunda maior do mundo, perdendo apenas para um projeto em 
Portugal. No entanto, os novos planos da empresa apontam para uma produção 
inicial de apenas 1 MW, para em seguida ser ampliada, até alcançar os 5 MW já 
autorizados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). Os equipamentos 
foram fornecidos pela empresa chinesa Yingli.
Segundo o presidente da Agência de Desenvolvimento do Estado do 
Ceará (Adece), Antônio Balhmann, essa ampliação dependerá da capacidade de 
financiamento do FIES. Aprovado em 2009 e pioneiro no Brasil, o fundo pagaria 
ao investidor a diferença entre a tarifa de referência normal e a do solar, ainda 
mais cara. "A energia solar hoje é inviável financeiramente, e só se torna possível 
agora por meio desse instrumento", esclarece. Ao todo, estima-se que o Ceará tem 
potencial de geração fotovoltaica de até 60.000 MW.
Também aproveitando o potencial do Estado para a energia solar, uma 
empresa espanhola realiza estudos para definir a instalação de duas térmicas movidas 
a esse tipo de energia. Caso se confirme o interesse espanhol, as terras cearenses 
abrigariam as primeiras termosolares do Brasil. A dimensão e a capacidade de 
geração do investimento ainda não estão definidas, mas se acredita que as unidades 
poderão começar com capacidade entre 2 MW a 5 MW.
Bola da vez
De fato, em todas as partes do mundo, há esforços cada vez maiores 
e mais rápidos para transformar as energias limpas na bola da vez. E, nesse 
sentido, números positivos não faltam para alimentar tal expectativa. Organismos 
internacionais apontam que o mundo precisará de 37 milhões de profissionais para 
atuar no setor de energia renovável até 2030, e boa parte deles deverá estar presente 
no Brasil. Isso se o país souber aproveitar seu gigantesco potencial, especialmente 
para gerar energias eólica e solar. Segundo o Estudo Prospectivo para Energia 
Fotovoltaica, desenvolvido pelo Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE), 
o dever de casa no país passa, em termos de energia solar, por exemplo, pela 
modernização de laboratórios, integração de centros de referência e investimento 
em desenvolvimento de tecnologia para obter energia fotovoltaica a baixo custo. 
Também precisará estabelecer um programa de distribuição de energia com 
sistemas que conectem casas, empresas, indústria e prédios públicos.
"Um dos objetivos do estudo, em fase de conclusão, é identificar as oportunidades 
e desafios para a participação brasileira no mercado doméstico e internacional de 
energia solar fotovoltaica", diz o assessor técnico do CGEE, Elyas Ferreira de Medeiros. 
Por intermédio desse trabalho, será possível construir e recomendar ações estratégicas 
aos órgãos de governo, universidades e empresas, sempre articuladas com a sociedade, 
para inserir o país nesse segmento. Ele explica que as vantagens da energia solar são 
TÓPICO 1 | FONTES DE ENERGIA: SOLAR, EÓLICA E HÍDRICA
93
muitas e os números astronômicos. Elyas cita um exemplo: em um ano, a Terra recebe 
pelos raios solares o equivalente a 10.000 vezes o consumo mundial de energiano 
mesmo período.
O CGEE destaca, em seu trabalho, a necessidade de que sejam instituídas 
políticas de desenvolvimento tecnológico, com investimentos em pesquisa sobre o 
silício e sistemas fotovoltaicos. Há a necessidade de fomentar o desenvolvimento de 
uma indústria nacional de equipamentos de sistemas produtivos com alta integração, 
além de incentivar a implantação de um programa de desenvolvimento industrial e 
a necessidade de formação de profissionais para instalar, operar e manter os sistemas 
fotovoltaicos.
FONTE: Disponível em: <http://www.fiec.org.br/portalv2/sites/revista/home.
php?st=interna3&conteudo_id=35404&start_date=2010-03-28>. Acesso em: 26 mar. 2015.
94
RESUMO DO TÓPICO 1
Neste primeiro tópico apresentamos:
• A geração de eletricidade por meio do uso de sistemas fotovoltaicos, eólicos, 
hídricos e termais pode desempenhar um papel substancial, ajudando-nos a 
satisfazer nossas necessidades de energia e, de fato, são algumas das tecnologias 
de energia que mais rapidamente se desenvolvem hoje em dia, apesar de sua 
participação no volume total ainda ser pequena.
• Contribuições das tecnologias solares ao abastecimento de energia norte-
americano durante os últimos 23 anos.
• A geração fotovoltaica (FV), conversão de luz solar diretamente em eletricidade, 
tem sido e continuará sendo uma das mais fascinantes tecnologias no campo de 
energia.
• Em diversas áreas remotas, sistemas FV autônomos são as únicas fontes de 
energia viáveis. Células solares apresentam vantagem de não ter poluição (ou, 
então, muito pouca) associada ao seu uso.
• A desregulação desses serviços públicos conectada à opção do consumidor 
por “energia verde” também será um fator responsável pelo aumento das 
contribuições da FV.
• O princípio por trás do uso direto da energia solar para a produção de eletricidade 
foi descoberto em 1887 por Heinrich Hertz, e explicado em 1905 por Albert 
Einstein.
• Os sistemas FV são classificados em watts pico (Wp), que se referem à sua 
produção de energia máxima quando operando a 25°C sob insolação de 1.000 
W/m2. (N.T)
• A maior parte das células solares é feita pelo agrupamento de duas camadas 
muito finas de silício cristalino, cada uma delas tratada de maneira especial.
• Em 1987, o Sunraycer da General Motors participou e indiscutivelmente venceu 
a World Solar Challenge Race (Corrida Desafio Solar Mundial) através da Austrália 
– mais de 3.100 km. O aerodinâmico (e caro) veículo foi coberto com 8.600 células 
solares, com uma área de aproximadamente 8 m2.
• O silício amorfo é responsável por cerca de 40% da venda mundial de FV com 
produtos tão diversificados como calculadoras e carros solares.
95
• Existe um grande número de tecnologias populares para a produção direta de 
eletricidade a partir da luz solar.
• Usinas termosolares usam a energia do Sol para produzir um fluido com alta 
temperatura por meio da concentração de raios solares em uma área receptora 
central.
• A extração de energia do vento, especialmente na forma de eletricidade, tem 
despertado cada vez mais o interesse das empresas e dos governos.
• O impacto ambiental de energia eólica é praticamente insignificante, sendo 
seu principal problema a poluição visual, apesar de já existirem algumas 
preocupações com relação ao barulho, à interferência nas comunicações e a 
acidentes com aves de rapina.
• As costas marinhas (offshore) são uma das áreas que vêm crescendo muito nas 
aplicações das turbinas eólicas.
• A energia de turbinas eólicas só é produzida se houver vento, com velocidade 
acima de certo valor mínimo.
• Para determinar o tamanho de um gerador eólico necessário para abastecer uma 
residência, é preciso determinar a demanda de energia elétrica da residência, 
que é, aproximadamente, 600 kWh por mês, ou 20 kWh por dia, para uma casa 
típica.
• Muitas concessionárias nos Estados Unidos estão oferecendo este tipo de energia 
como o principal ou único recurso em programas de energia verde (Green Power).
• O mundo todo tem utilizado em larga escala turbinas de vento para a geração de 
eletricidade, tanto em terra quanto nas costas marítimas.
• Em termos mundiais, a eólica é a tecnologia de geração de energia que mais 
rapidamente cresce. Sua potência aumentou com o cubo da velocidade do vento 
e com o quadrado do diâmetro de lâminas do rotor.
• Historicamente, a energia hidráulica tem sido utilizada para fazer a água gerar 
trabalho útil – moer grãos, serrar madeira e fornecer energia para outras tarefas.
• Cerca de 19% da eletricidade mundial é produzida por energia hidráulica.
• A maior usina hidrelétrica, atualmente, em operação no mundo, é a Represa 
das Três Gargantas, na China, localizada no Rio Yangtzé, que foi terminada em 
2009 e tem uma capacidade de 18.600 MW. Essa represa tem 2,3 km (1,4 milha) 
de largura, 185 m (607 pés) de altura e um reservatório com 625 km (375 milhas) 
de comprimento.
96
• Embora as hidrelétricas não poluam, elas afetam o meio ambiente. A construção 
de uma represa ou barragem resulta na inundação de grandes áreas de terra.
• Outra preocupação relacionada com os sistemas hidrelétricos é o risco da falha 
catastrófica.
• Instalações hidrelétricas de pequena escala, algumas vezes denominadas micro 
hidrelétricas, possuem capacidade da ordem de 1 a 100 kW e podem fornecer 
energia elétrica suficiente para atender às necessidades de uma a cem casas, 
exceto para aquecimento elétrico de ambientes e água. 
• Em tais instalações, alguma água é desviada de uma fonte situada em algum 
ponto acima da instalação e transportada por condutos ou canos até a turbina 
que aciona um gerador para produzir eletricidade. Essa eletricidade pode ser 
armazenada em baterias, especialmente no caso de unidades menores. 
• A potência produzida por essa água é igual à taxa de perda de energia potencial 
gravitacional que ocorre quando a água cai da fonte. 
• A mudança na energia potencial gravitacional é igual ao peso da água x a altura 
vertical da qual ela cai (denominada queda).
• A energia hidráulica é responsável por, aproximadamente, metade de toda a 
eletricidade gerada por meio da utilização de recursos naturais renováveis.
97
AUTOATIVIDADE
1 Sabe-se que a geração de eletricidade por meio do uso de sistemas 
fotovoltaicos, eólicos, hídricos e termais pode desempenhar um papel 
substancial, ajudando-nos a satisfazer nossas necessidades de energia e, 
de fato, são algumas das tecnologias de energia que mais rapidamente se 
desenvolvem hoje em dia, apesar de sua participação no volume total ainda 
ser pequena. 
Com relação à geração de energia a partir de sistemas fotovoltaicos, analise as 
sentenças a seguir:
I. Nestes sistemas, os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia 
elétrica, por meio do uso de células solares
II. Na produção de energia elétrica através do sistema fotovoltaico, a 
irradiação solar é convertida diretamente em energia elétrica.
III. Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, além da 
geração fotovoltaica de energia elétrica, o aquecimento de água também é 
um dos mais utilizados.
IV. Para a geração de eletricidade em escala comercial, o principal obstáculo 
tem sido o custo das células solares. 
Agora, assinale a alternativa correta:
a) ( ) As Sentenças I, II e IV estão corretas
b) ( ) As sentenças II e III estão corretas
c) ( ) As sentenças I, II e III estão corretas
d) ( ) Todas as sentenças estão corretas
2 Nos dias atuais, frente a inúmeros casos de destruição ambiental, cresce 
o interesse por atividades menos agressivas à natureza. A extração de 
energia do vento, especialmente na forma de eletricidade, por exemplo, tem 
despertado cada vez mais o interesse das empresas e dos governos, por ser 
considerada uma fonte de energia limpa. Neste sentido, explique por que a 
energia eólica é considerada como uma fonte de energia renovável e limpa.
98
99
TÓPICO 2
O FUNCIONAMENTO DE 
VEÍCULOS ELÉTRICOS
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Uma bateria é como uma“bomba” exercendo uma força sobre os elétrons 
em um fio. Trata-se de um conversor de energia, pois transforma a energia química 
em energia elétrica, fornecendo uma diferença de potencial entre os terminais 
da bateria. Em geral, uma bateria tem dois eletrodos (ou terminais) de diferentes 
materiais submersos em uma solução química chamada de eletrólito. Pequenas 
quantidades dos compostos que integram os eletrodos passam para a solução no 
eletrólito como íons livres (átomos eletricamente carregados que criam terminais 
positivo e negativo). Quando dois terminais são unidos por um circuito externo, os 
elétrons podem fluir de um eletrodo para outro. O eletrólito pode ser líquido (tal 
como ácido sulfúrico diluído em uma bateria de carro) ou uma pasta úmida (como 
em uma pilha comum). A diferença de potencial da bateria é mantida pela ação 
química contínua em cada eletrodo (HINRICHS, 2013).
Uma bateria nada mais é do que uma sequência de pilhas ligadas em série. Para 
saber mais sobre o funcionamento de pilhas e baterias, acesse o conteúdo de eletroquímica 
disponível nos livros de química geral.
A primeira bateria foi inventada pelo cientista italiano Alessandro Volta 
(1745-1827). Sua bateria consistia de uma pequena placa de zinco e outra de 
cobre, separada por um pedaço de papelão que havia sido umedecido em uma 
solução salina. À medida que o átomo de zinco passa para o eletrólito como 
íon, Zn – Zn+2 + 2e-, dois elétrons são deixados para trás. Esses elétrons fluem 
como corrente através de um fio externo até outro eletrodo, ligando-se a um íon 
de cobre que está em solução, depositando o cobre metálico sobre o eletrodo 
negativo Cu+2 + 2e- - Cu. Uma bateria comum nos dias de hoje é a de chumbo-
ácido, usada em automóveis. Uma vantagem das pilhas recarregáveis é que 
DICAS
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
100
elas podem sê-lo a seco, ao contrário das comuns. Isto é feito passando-se uma 
corrente externa pela bateria, na direção oposta à do fluxo de corrente, durante 
a operação normal. As baterias de chumbo-ácido são populares porque podem 
ser recarregadas milhares de vezes, têm custo relativamente baixo e fornecem 
altas correntes por períodos curtos de tempo (HINRICHS, 2013).
2 BATERIAS COMUNS
A bateria de chumbo-ácido, geralmente, consiste de seis células 
conectadas em série. Cada célula tem um eletrodo positivo feito de dióxido de 
chumbo e um eletrodo negativo feito de chumbo esponjoso puro, ambos imersos 
em um eletrólito composto de ácido sulfúrico, H2SO4 e água. Quando os dois 
terminais são conectados por um circuito externo, dois elétrons no eletrodo 
negativo deixam um átomo de chumbo que passa para a solução como Pb+2. Esses 
íons positivamente carregados combinam-se aos íons sulfato do eletrólito para 
formar sulfato de chumbo (PbSO4). No terminal positivo, o dióxido de chumbo 
PbO2 é convertido em sulfato de chumbo e água, usando os dois elétrons que 
“fluíram” pelo circuito externo. Como o sulfato de chumbo se deposita em ambos 
os terminais durante a descarga da célula, a concentração de ácido sulfúrico da 
bateria diminui. Já que a densidade do ácido sulfúrico é bem maior que a da 
água, uma queda pronunciada na densidade do eletrólito indica que a célula 
está descarregada. Quando o depósito de PbSO4 em cada eletrodo é tão grande 
que o Pb e PbO2 ficam indisponíveis para o eletrólito, dizemos que a bateria está 
“morta”. A diferença de potencial gerado pelos dois terminais da célula é de 2V, 
de forma que uma bateria de carro com seis células conectadas em série fornece 
6 x 2V = 12V (HINRICHS, 2013).
Uma bateria de célula seca (a pilha comum) utiliza um eletrodo de carbono 
como terminal positivo e um invólucro de zinco como terminal negativo. Uma pasta 
úmida serve como eletrólito; à medida que ela seca, a voltagem da célula diminui. A 
pilha também se desgasta à medida que o zinco é utilizado (HINRICHS, 2013).
A diferença de potencial em uma pilha ou bateria é representada pela sigla ddp e 
ela pode ser chamada também de força eletromotriz. tanto a ddp quanto a força eletromotriz 
são medidas em volts (v).
Note na Figura 29, a seguir, que a bateria de chumbo-ácido é composta por 
dois eletrodos, um chamado de ânodo, que é o polo negativo, e o outro chamado 
de cátodo, que é o polo positivo da bateria. No ânodo ocorre a oxidação do 
IMPORTANT
E
TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
101
eletrodo, a saída (perda) dos elétrons, perda de massa e aumento na concentração 
da solução de ácido sulfúrico. Já no cátodo ocorre a redução, chegada dos elétrons, 
ganho de massa e diminuição da concentração da solução. É através desse fluxo de 
elétrons que a energia química dos eletrodos é transformada em energia elétrica, 
fornecendo energia a um carro, por exemplo.
FIGURA 29 - CONFIGURAÇÃO DE UMA BATERIA CHUMBO-ÁCIDO
FONTE: Disponível em: <http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/
energia/imagens/pilhas-baterias-e-energia-2.gif>. Acesso em: 24 fev. 2015.
A bateria já foi considerada a fonte mais confiável de potência conhecida. 
Ela é conveniente, portátil, confiável (não tem partes móveis). Duas características 
de uma bateria são sua tensão e sua capacidade de descarga. Esta última é igual 
à corrente suprida pela bateria multiplicada pelo número de horas em que ela 
consegue suprir a referida corrente. Por exemplo, uma boa bateria de carro com 12 
volts tem uma capacidade de descarga de 60 amperes-hora, o que significa que ela 
pode suprir uma corrente de 3A durante 20 horas, ou uma corrente de 10A durante 
seis horas. Uma bateria de chumbo-ácido armazena 20% de energia disponível em 
um galão de gasolina. Além disso, é muito pesada (HINRICHS, 2013).
Um galão de gasolina contém 3,785 litros!
IMPORTANT
E
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
102
3 CARROS ELÉTRICOS
Os carros movidos a eletricidade (EVs) têm sido construídos há muitos 
anos; e eram tão populares quanto os carros movidos a gasolina na virada do 
século XIX para o século XX. A primeira multa por excesso de velocidade foi dada 
a um EVs – por andar a 15 mph! Em 1914, havia 20 mil EVs nas ruas. Os EVs 
convencionais de hoje têm aproximadamente oito baterias comuns de chumbo-
ácido de 12V – pesando mais de 230 kg (500lb) – que levam de seis a oito horas para 
ser recarregadas. Geralmente eles têm uma autonomia de apenas 60 a 160 milhas 
e uma velocidade máxima de 60 a 70 mph. Todas as três grandes montadoras de 
Detroit (Chrysler, Ford e General Motors), Toyota, Honda e Nissan estiveram 
envolvidas com o desenvolvimento dos EVs em algum momento. Em dezembro de 
1996, a GM foi a primeira montadora a comercializar um EVs (HINRICHS, 2013).
Os carros movidos a eletricidade são chamados de evs, que no inglês significa: 
eletric-powered vehicles. 15 mph = 24,6 km/h; 60 a 160 milhas = 100 km a 260 km; 60 a 70 
mph = 100 a 115 km/h.
A pesquisa e o desenvolvimento para se conseguir baterias que sejam 
leves, baratas e capazes de milhares de recargas têm sido bastante ativos, porém 
lentos. A indústria automobilística gastou mais de U$ 150 milhões na pesquisa 
em EVs na década de 1990. Entretanto, grandes avanços na tecnologia de baterias 
ainda são aguardados. Hidretos de níquel metálico, NiCad, zinco, sódio-enxofre e 
baterias de lítio são substitutos possíveis para a bateria de chumbo-ácido. Tempos 
de vida potencialmente curtos e considerações econômicas têm prejudicado essas 
alternativas, ainda que suas densidades de energia (a energia armazenada por 
massa da bateria) sejam altas (HINRICHS, 2013). Confira no quadro a seguir: 
QUADRO 7 - TIPOLOGIAS DE BATERIA – DENSIDADE DE AUTONOMIA
TIPO DE BATERIA ENERGIA (W – h/kg) URBANA (km) OBSERVAÇÕES
CHUMBO-ÁCIDO 30-50 110-150 Confiável, baixo custo, pesada
NÍQUEL – CÁDMIO 55 180-200 Tecnologia conhecida, cara
SÓDIO – ENXOFRE 80-140 300
Boa armazenagem, 
o p e r a ç ã o e m 
temperatura elevada 
(350ºC)
LÍTIO 150 450 Barata, P&D necessária
IMPORTANT
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TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTODE VEÍCULOS ELÉTRICOS
103
ZINCO-AR 180-200 400 Cara, ciclo de vida curto
H I D R E T O 
D E N Í Q U E L 
METÁLICO
60 180-200 Popular, leve
FONTE: Adaptado de Hinrichs (2013, p. 380)
Existem milhares de EVs em uso hoje nos Estados Unidos, principalmente 
por entidades governamentais ou corporações, e há muitos outros sendo 
adquiridos. Eles têm um nicho de utilização (como veículos para entregas urbanas, 
veículos postais etc.) e um uso potencial em rotas de rotina, em que distâncias não 
sejam muito grandes e as velocidades não sejam excessivas. Aproximadamente 
75% dos carros particulares percorrem menos de 80km por dia! Embora os custos 
de capital sejam elevados, o de operação é baixo – cerca de U$ 0,012/km (U$ 0,02/
mi). Somente os custos de gasolina de um carro variam entre U$ 0,02 e U$ 0,06 
por km (U$ 0,03 e U$ 0,10 por milha). Os veículos elétricos foram considerados 
como tendo aplicação limitada porque não atendem às múltiplas demandas dos 
motoristas – longa distância (autonomia); potência de aceleração; baterias com 
vida longa; baixo custo; e possibilidade de recarga em temperaturas extremas. O 
interesse nos EVs foi substituído pelos carros híbridos e os acionados por células 
de combustível. Os veículos híbridos elétricos atendem melhor às múltiplas 
demandas dos motoristas. Estes veículos usam um motor convencional à gasolina, 
suplementado por um pequeno conjunto de baterias – 1 kWh, em vez dos 30 kWh 
de um veículo elétrico puro (HINRICHS, 2013).
Confira na figura a seguir o Lexus RX 400H, que é um SUV híbrido que 
faz 31 milhas por galão na cidade e 27 milhas por galão na estrada. Possui um 
conjunto de baterias com tensão nominal de 288 volts, aumentada para 600 volts 
pelo conversor auxiliar – BOOSTER.
FIGURA 30 - FORD LEXUS RX 400 – SUV HÍBRIDO
FONTE: Disponível em: <http://srv2.betterparts.org/images/lexus-rx-
400-h-04.jpg>. Acesso em: 24 fev. 2015
São acionados por um motor elétrico – com tensão típica de 42 V em vez 
de 330 V em um veículo elétrico puro – que é usado para velocidades de até 25 
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
104
Quando há necessidade de aceleração adicional, ambos os motores 
funcionam. A potência para o motor elétrico de corrente contínua é fornecida por 
um conjunto de baterias de hidreto metálico de níquel com 144 V, o qual nunca 
precisa ser recarregado por alguma fonte externa, uma vez que age como gerador 
durante desacelerações e frenagens. Foi demonstrado que as emissões totais dos 
híbridos podem ser até 65% menores que as dos carros convencionais à gasolina. 
Embora as vendas de carros e caminhões híbridos tenham dobrado entre 2003 e 
2004, os motoristas continuam a solicitar veículos maiores e mais potentes, mesmo 
que gastem mais combustível. Os fabricantes começaram a produzir veículos 
híbridos maiores com características similares às dos SUVs convencionais, o 
custo adicional do segundo motor aumenta o preço em até cerca de 20%. Estudos 
demostraram que a recuperação deste investimento por meio do menor consumo 
de gasolina se daria em torno de 10 anos (HINRICHS, 2013).
FIGURA 31 - CIRCUITO SIMPLES DE UM VEÍCULO ELÉTRICO
FONTE: Disponível em: <http://motos-motor.com.br/fotos/2014/08/carregador-
bateria-motos-110V.jpg>. Acesso em: 24 fev. 2015
4 CÉLULA DE COMBUSTÍVEL
A célula de combustível é um conversor de potência único que é eficiente, 
não poluente e flexível. Para muitos, esta é a tecnologia que nos livrará da forte 
milhas por hora, em áreas urbanas, em que a bateria é mais eficiente. A eficiência 
do combustível dos híbridos alcançou as maiores taxas de milhagem da história de 
EPA, chegando a 70 milhas por galão nas autoestradas. Acima de 25 mph, o motor 
à gasolina provê potência adicional para impulsionar o veículo a velocidades de 
autoestrada (HINRICHS, 2013).
Confira na figura a seguir o circuito básico de um motor elétrico. Note que 
o carregador alimenta as baterias, que podem, então, fornecer a potência para que 
o motor movimente o carro. A velocidade e a potência do motor são reguladas pelo 
controlador, que, por sua vez, é controlado pelo acelerador.
TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
105
dependência do petróleo importado, principalmente no setor de transportes. Ela 
combina um combustível (geralmente, gás natural ou hidrogênio) com o oxigênio 
por meio de um processo eletroquímico para produzir eletricidade. Células de 
combustível vêm sendo desenvolvidas para veículos de passageiros, prédios 
comerciais, residências e até mesmo pequenos equipamentos, como laptops. 
Esses sistemas são efetivos em uma grande faixa de potências, 1 kW a centenas de 
megawatts, com eficiências totais de 80% ou mais quando a produção de calor é 
combinada com a geração elétrica. Elas são limpas, altamente confiáveis, e oferecem 
uma oportunidade única para a independência energética. A célula combustível foi 
inventada há mais de cem anos, mas atingiu a maioridade nos anos 1970, quando 
foi utilizada pela primeira vez nas missões espaciais (HINRICHS, 2013).
Atualmente, há um forte interesse renovado nas células de combustível. 
Sua elevada razão potência/peso, pequeno tamanho e alta confiabilidade (não há 
partes móveis) a tornam uma fonte popular de energia para usos como propulsão 
de veículos e aparelhos elétricos comerciais e residenciais de pequena escala. 
Entretanto, o custo elevado das células de combustível e as dúvidas acerca de sua 
durabilidade têm atrapalhado sua comercialização. O preço atual de U$ 4.000 a 
4.500 por quilowatt poderá ser reduzido em um terço por causa de técnicas de 
produção em massa (HINRICHS, 2013).
O avanço tecnológico nessa área tem sido extremamente rápido. o custo atual do 
quilowatt é bastante inferior aos valores aqui citados, e tem caído constantemente.
A célula de combustível é semelhante a uma bateria, fornecendo corrente 
contínua por meio de um processo eletroquímico. Porém, em uma bateria, os 
materiais que são armazenados nos eletrodos (Pb e PbO2 em uma bateria de 
armazenamento) são consumidos, ao passo que em uma célula de combustível 
os reagentes químicos são alimentados nos eletrodos na medida em que são 
necessários. Os dois reagentes químicos em uma célula de combustível são 
geralmente hidrogênio e oxigênio, alimentados dentro da célula por causa de 
eletrodos porosos (HINRICHS, 2013).
Confira na figura a seguir a seção de corte de uma célula combustível. Os 
dois eletrodos porosos de carbono são imersos no eletrólito. Outros combustíveis 
podem ser utilizados.
IMPORTANT
E
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
106
FIGURA 32 - CÉLULA COMBUSTÍVEL DE HIDROGÊNIO
A reação na célula de combustível pode ser imaginada como uma 
combustão muito lenta do gás hidrogênio. Normalmente, na combustão, as 
moléculas do combustível H2 são oxidadas da seguinte forma: H2 + 1/2O2 ---- 
H2+2 O-2 + energia. Nesse processo muito rápido, os elétrons passam diretamente 
do combustível para o oxidante. Em uma célula de combustível, porém, os 
elétrons são transferidos lentamente ao oxigênio através do circuito externo. No 
eletrodo positivo, as moléculas de hidrogênio têm seus elétrons retirados e entram 
no eletrólito (geralmente, hidróxido de potássio [KOH] ou ácido fosfórico). No 
eletrodo negativo, os íons de hidrogênio se combinam com os átomos de oxigênio 
e os elétrons para formar água e calor. Os elétrons fluem por um circuito externo 
que conecta os eletrodos. O resultado líquido é a reação entre hidrogênio e 
oxigênio para formar água. Cinco tipos diferentes de células de combustível estão 
em estágio de pesquisa, testes ou desenvolvimento. A célula com membrana de 
troca protônica (PEM), a célula a carbonato fundido (Na2CO3) e a célula cerâmica 
a óxido sólido estão todas no estágio de demonstração. A célula a ácido fosfórico 
já foi operada em escala comercial de 200 kW e testada em uma unidade de 11 
MW. O processo alcalino (KOH) tem sido utilizado pela NASA em seu programa 
espacial, em cápsulasespaciais Gemini, desde os anos 1960 (HINRICHS, 2013).
Veja no quadro a seguir os diferentes tipos de células de combustível que 
estão em fase de desenvolvimento.
FONTE: Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/
thumb/8/86/Fuel_cell_PT.svg/2000px-Fuel_cell_PT.svg.png>. Acesso em: 25 
fev. 2015.
TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
107
QUADRO 8 - TIPOLOGIAS DE CÉLULAS COMBUSTÍVEL
TIPO DE CÉLULA EFICIÊNCIA % T E M P . D E OPERAÇÃO ºC
TAMANHO DA 
UNIDADE kW
PEM 40-50 80 50
ÁCIDO FOSFÓRICO 40-50 200 200
C A R B O N A T O 
FUNDIDO 60+ 650 2.000
ÓXIDO SÓLIDO DE 
CERÂMICA 40-50 1.000 100
ALCALINA 70 60 2-5
A célula a ácido fosfórico (PAFC – Phosphoric acid fuell cell) é considerada a 
“primeira geração” das células de combustível e foi a primeira a ser comercializada, 
tendo mais de 200 unidades em uso atualmente. É utilizada tipicamente para geração 
estacionária de energia elétrica, já que suas unidades são grandes e pesadas, mas 
também pode ser usada para acionar grandes veículos, como os ônibus urbanos. 
As PAFCs apresentam eficiência de 85% quando em cogeração de eletricidade e 
calor, porém menos eficientes quando geram somente eletricidade, na faixa de 37% 
a 42%. Essa eficiência é ligeiramente maior que aquela das centrais termelétricas 
baseadas na combustão. As células de combustível a polímero de membrana 
eletrolítica (PEM – Plymer electrolyte membrane – também chamadas de células de 
combustível a membrana de troca de prótons) apresentam maior densidade de 
potência e menor peso quando comparadas com os demais tipos. As células a PEM 
usam um polímero sólido como eletrólito e eletrodos de carbono poroso contendo 
um catalisador de platina. Requerem somente hidrogênio, oxigênio do ar e água 
para operar, e não necessitam de fluidos corrosivos como os demais tipos. Sua 
baixa temperatura de operação (80°C) permite que elas deem partida rapidamente, 
o que resulta em menos desgaste dos componentes do sistema (HINRICHS, 2013).
Uma barreira significante ao seu uso é a necessidade de se ter um 
invólucro pesado a bordo para armazenar hidrogênio líquido. Combustíveis com 
maior densidade, como metanol, etanol e gás natural, poderiam ser usados, mas 
requerem um processador de combustível a bordo para serem reformados a fim de 
obter hidrogênio (HINRICHS, 2013).
Uma célula de combustível pode ser utilizada para alimentar um motor 
elétrico. Atualmente, há um bom número de ônibus movidos a células de 
combustível em operação (a companhia canadense Ballard Power Systems entregou 
muitos ônibus urbanos movidos à célula a combustível para a cidade de Los Angeles 
para testes). A Honda desenvolveu modelos protótipos com células de combustível 
a hidrogênio e metanol e, já em 2005, se comprometeu a lançar comercialmente um 
veículo. Um carro movido à célula a combustível utilizaria uma pilha de células 
conectadas em série que ocupariam o mesmo volume que um tanque de gasolina 
FONTE: Adaptado de Hinrichs (2013, p. 399)
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
108
convencional. Operando com hidrogênio, elas seriam duas vezes mais eficientes 
do que um motor a combustão interna. Os custos seriam comparáveis aos dos 
carros convencionais, e a emissão líquida de gases causadores de efeito estufa 
(da extração dos recursos ao uso final) seria muito menor em carros movidos a 
gasolina, dependendo de como o hidrogênio é produzido. Assim como os carros 
convencionais, eles poderiam ser abastecidos em minutos. Se o combustível for gás 
hidrogênio armazenado a alta pressão, uma autonomia de 400 km será possível com 
um tanque de 35 galões (cerca de 132,51). Hidretos metálicos também podem ser 
utilizados para armazenar hidrogênio, reduzindo o volume por um fator de três, se 
comparado ao volume de gás necessário para se obter uma autonomia de 400 km; 
entretanto, são caros. Baterias poderiam ser utilizadas em alguns sistemas para 
ajudar nos momentos de pico de demanda e poderiam, então, utilizar a frenagem 
regenerativa – geração de potência na redução de velocidade – para recarregar 
as baterias. Alguns fabricantes de automóveis estão considerando a possibilidade 
de se utilizar um sistema de processamento para se produzir diretamente o H2 a 
bordo com gasolina ou metanol. Porém, neste caso, a eficiência global vai diminuir 
(HINRICHS, 2013).
5 O HIDROGÊNIO E A SUA ECONOMIA
O hidrogênio é o único combustível não poluente disponível. O ex-presidente 
George W. Bush, dos Estados Unidos, chamou o hidrogênio de “combustível da 
liberdade”, principalmente em virtude de seu potencial para substituir o petróleo 
importado na área de transportes. Entretanto, ele não é de graça – custa muitas 
vezes mais, por unidade de energia, do que a gasolina comum e, na realidade, 
pode produzir mais emissões que o motor de combustão interna convencional. O 
hidrogênio não é encontrado livre na natureza e, então, deve ser produzido com 
outras fontes energéticas. Os dois principais processos de produção de hidrogênio 
são a reforma em vapor de metano e a eletrólise da água. A reforma do vapor 
é o método mais econômico, uma vez que o metano (gás natural) é facilmente 
encontrado a baixo custo e em grandes quantidades. A reforma é a principal forma 
de obtenção do hidrogênio nas quantidades usadas atualmente. A separação da 
água por meio do uso da eletricidade para produzir hidrogênio não apresenta 
vantagens em relação ao uso direto dos combustíveis fósseis (HINRICHS, 2013).
O hidrogênio é o mais leve dos elementos. Tem uma densidade de 0,07g/cm3 
menor que a da água 1,0g/cm3, e a da gasolina, 0,75g/cm3. Um quilo de hidrogênio 
tem energia equivalente a um galão de gasolina comum. Como o hidrogênio é um 
gás, precisa de um volume quatro vezes maior para produzir a mesma quantidade 
de energia. Por exemplo, um tanque de gasolina de um carro com capacidade 
para 15 galões contém 90 pounds de gasolina. Um tanque de hidrogênio para 
produzir a mesma energia necessitaria de 60 galões com uma massa de 15 kg. 
Isto traz a necessidade de um tanque bem reforçado – aumentando o peso do 
veículo. Embora uma célula de combustível seja duas vezes mais eficiente que 
um motor de combustão interna, o hidrogênio necessita de um grande volume 
para obter a mesma faixa de energia. O armazenamento poderá ser em forma de 
TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
109
gás comprimido, hidrogênio líquido a -240°C, ou hidretos metálicos. Quando o 
hidrogênio é usado como combustível, dois produtos básicos são água e o calor. 
Não há emissão direta de dióxido de carbono, como no caso dos combustíveis 
derivados do petróleo. Em uma comparação de eficiência da cadeia completa, do 
poço às rodas, os motores à combustão interna apresentam valores de eficiência 
entre 16% e 17%. Veículos acionados por células de combustível de hidrogênio 
(obtido por reforma de vapor) apresentam eficiência em torno de 21% (HINRICHS, 
2013). Verifique na figura a seguir as propriedades físico-químicas do elemento 
químico hidrogênio, encontradas na tabela periódica.
FIGURA 33 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DO HIDROGÊNIO
FONTE: Disponível em: <http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/
hidrogenio/hidrogenio.jpg>. Acesso em: 26 fev. 2015.
LEITURA COMPLEMENTAR
HIDROGÊNIO LIMPO PRODUZIDO A PARTIR DA ÁGUA SUJA
Com informações da Unesp Ciência - 31/03/2014
Uma célula de combustível a hidrogênio produz eletricidade sem qualquer 
poluição - ela produz apenas vapor d’água como subproduto. O problema é que 
processo de produção do hidrogênio ainda é baseado em matrizes fósseis. É por 
isso que se busca com tanto afinco uma forma de obter hidrogênio a partir de 
fontes limpas.
Pesquisadores brasileiros estão concentrando seus esforços não 
exatamente em algo limpo, mas na água suja descartada pelas indústrias cítrica e 
sucroalcooleira. Se tiverem êxito, ao menos em termos ambientais o processo será 
duplamente limpo: a água poluída será tratada e o hidrogênio dispensará o gás 
naturalpara sua produção.
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
110
Hidrogênio combustível
Há alguns entraves técnicos a serem vencidos antes que as células a 
combustível a hidrogênio tornem-se tecnicamente viáveis. Mas o principal 
problema é, sem dúvida, o próprio combustível.
O hidrogênio não é encontrado isolado na natureza. Os processos 
disponíveis atualmente para obtê-lo são tão caros e poluentes que quase chegam a 
anular os benefícios proporcionados pelo uso das células.
A saída encontrada pela equipe brasileira é usar o hidrogênio no próprio 
local de produção, seja em células a combustível, seja queimando-o para gerar 
energia térmica.
A professora Sandra Imaculada Maintinguer, da UNESP, explica que 
a produção biológica de hidrogênio já foi bastante testada. No caso das águas 
residuárias reaproveitadas da indústria, porém, os compostos estão extremamente 
diluídos.
Novo processo produz hidrogênio a partir de qualquer planta
“A água residuária não tem só açúcar. Óleo de máquinas e outros compostos 
também são encontrados no substrato, e reduzem a capacidade de produção de 
hidrogênio”, diz Sandra. Além da indústria da laranja, a equipe pretende testar o 
mesmo processo de produção biológica de hidrogênio nos resíduos da indústria 
sucroalcooleira.
A ideia é usar os efluentes para gerar hidrogênio e acoplar essa fonte 
de energia ao sistema de tratamento da empresa. Uma possibilidade é colocar 
os resíduos em reatores biológicos. Com o gás liberado por esses reatores, seria 
possível gerar eletricidade.
Futuro com hidrogênio
O professor José Luz Silveira, também da UNESP, estuda as aplicações 
do hidrogênio e produz protótipos de células combustíveis. Silveira partilha com 
Sandra da visão de que a melhor saída passa por utilizar o hidrogênio no local 
onde é produzido, devido às dificuldades de transporte do gás.
Ele também acredita que o setor sucroalcooleiro é um dos principais 
candidatos a se beneficiar com este tipo de tecnologia no futuro. Com pequenas 
adaptações, a indústria sucroalcooleira poderá produzir o bio-hidrogênio a partir 
de um vegetal, aposentando assim os processos atuais, que recorrem a combustíveis 
fósseis.
O interesse nacional pela célula de combustível já foi maior. “O Brasil já 
destinou bastante dinheiro para os estudos com hidrogênio, mas, com a expectativa 
do pré-sal, os investimentos cessaram”, diz Silveira.
TÓPICO 2 | O FUNCIONAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS
111
O pesquisador avalia que o uso em larga escala do hidrogênio vai levar 
mais tempo para se difundir do que se imaginava há alguns anos. “Mas não há 
dúvida de que será uma das alternativas para uma matriz energética limpa. Já 
avançamos muito, e não vamos parar,” afirma.
FONTE: Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.
php?artigo=hidrogenio-limpo-produzido-partir-agua-suja&id=010125140331#.VOzhT3zF8po>. 
Acesso em: 24 fev. 2015.
112
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste segundo tópico apresentamos:
• Uma bateria é como uma “bomba” exercendo uma força sobre os elétrons em 
um fio. 
• Trata-se de um conversor de energia, pois transforma a energia química em 
energia elétrica, fornecendo uma diferença de potencial entre os terminais da 
bateria. 
• Em geral, uma bateria tem dois eletrodos (ou terminais) de diferentes materiais 
submersos em uma solução química chamada de eletrólito.
• Uma bateria nada mais é do que uma sequência de pilhas ligadas em série. 
• Uma bateria comum nos dias de hoje é a de chumbo-ácido, usada em automóveis. 
• Uma vantagem das pilhas recarregáveis é que elas podem sê-lo a seco, ao 
contrário das comuns. Isto é feito passando-se uma corrente externa pela bateria, 
na direção oposta à do fluxo de corrente, durante a operação normal.
• A diferença de potencial em uma pilha ou bateria é representada pela sigla DDP 
e ela pode ser chamada também de força eletromotriz. Tanto a DDP quanto a 
força eletromotriz são medidas em volts (v).
• A bateria já foi considerada a fonte mais confiável de potência conhecida. Ela é 
conveniente, portátil, confiável (não tem partes móveis).
• Os carros movidos a eletricidade (EVs) têm sido construídos há muitos anos; e 
eram tão populares quanto os carros movidos a gasolina na virada do século XIX 
para o século XX.
• Os carros movidos a eletricidade são chamados de EVs, que em inglês significa: 
Eletric-powered Vehicles. 15 mph = 24,6 km/h; 60 a 160 milhas = 100 km a 260 km; 
60 a 70 mph = 100 a 115 km/h.
• A pesquisa e o desenvolvimento para se conseguir baterias que sejam leves, 
baratas e capazes de milhares de recargas têm sido bastante ativos, porém lentos.
• A célula de combustível é um conversor de potência único que é eficiente, não 
poluente e flexível. Para muitos, esta é a tecnologia que nos livrará da forte 
dependência do petróleo importado, principalmente no setor de transportes.
• Atualmente, há um forte interesse renovado nas células de combustível.
113
• O avanço tecnológico nessa área tem sido extremamente rápido. 
• O custo atual do quilowatt é bastante inferior aos valores aqui citados, e tem 
caído constantemente.
• Uma célula de combustível pode ser utilizada para alimentar um motor elétrico. 
Atualmente, há um bom número de ônibus movidos a células de combustível 
em operação.
• O hidrogênio é o único combustível não poluente disponível. 
• O ex-presidente George W. Bush, dos Estados Unidos, chamou o hidrogênio de 
“combustível da liberdade”, principalmente em virtude de seu potencial para 
substituir o petróleo importado na área de transportes. 
• O hidrogênio é o mais leve dos elementos.
114
AUTOATIVIDADE
1 Após o estudo do Tópico 2, da Unidade 2, do nosso Caderno de Estudos, você 
é capaz de explicar o funcionamento de uma bateria. Neste sentido, monte 
um resumo que apresente os componentes de uma bateria e suas funções.
2 A eletroquímica é a parte da química responsável por estudar o funcionamento 
das pilhas (baterias) e da eletrólise. Com relação ao funcionamento das pilhas, 
assinale a alternativa CORRETA:
( ) Energia eólica é transformada em energia solar.
( ) Energia nuclear é transformada em energia mecânica.
( ) Energia química é transformada em energia elétrica.
115
TÓPICO 3
ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMO
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
A primeira observação de um fenômeno magnético foi a de uma 
determinada rocha que tinha a propriedade de atrair (repelir) rochas similares. 
A rocha, um minério de ferro identificado como magnetita, já era conhecida pelos 
gregos por volta de 500 a.C. Ela era capaz de atrair e agrupar pequenos pedaços 
de ferro ao redor das suas pontas. Um imã age como se possuísse dois centros de 
força, que são chamados polos, denominados Norte (N) e Sul (S). A força entre dois 
imãs varia inversamente ao quadrado da distância entre eles, e pode ser atrativa ou 
repulsiva, dependendo de quais polos estão sendo aproximados. Em geral, polos 
iguais se repelem e polos opostos se atraem (HINRICHS, 2013).
Confira na figura a seguir os polos de um imã e as curvas que representam 
as linhas de campo magnético que indicam a direção em que uma agulha de 
bússola apontará se ali for colocada.
FIGURA 34 - POLOS DE UM IMÃ
FONTE: Disponível em: <http://portaldoprofessor.mec.gov.br/
storage/discovirtual/aulas/1500/imagens/310px-Earths_Magnetic_
Field_Confusion.svg.png>. Acesso em: 26 fev. 2015.
No caso de forças que atuam a distância, como as forças magnéticas, elétrica 
e gravitacional, é conveniente nos referirmos aos seus respectivos “campos” – por 
exemplo, o campo gravitacional. Uma força gravitacional será exercida sobre 
uma massa quando ela se encontrar em um campo gravitacional. Uma força 
gravitacional será exercida sobre uma massa quando ela se encontra em um campo 
gravitacional. A Terra também possui seu próprio campo magnético, semelhante 
ao produzido por um imã em barra (HINRICHS, 2013).
116
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
Uma das unidades de campo magnéticoé o “gauss”. O campo magnético da terra 
é de aproximadamente 0,5 gauss. Em unidades SI, a unidade é o tesla; 1t = 10 mil gauss.
Uma agulha de bússola vai se alinhar com o campo magnético da Terra e, 
portanto, nos ajudar a manter nossa direção quando atravessarmos uma floresta 
ou navegarmos no mar. Acredita-se que os chineses, por volta de 100 a.C., usavam 
imãs permanentes para navegar. Achados arqueológicos recentes sugerem que 
os índios Olmec da América Central também utilizavam imãs para a navegação, 
porém anos antes dos chineses (HINRICHS, 2013).
2 MOTORES ELÉTRICOS
A descoberta da ligação entre a eletricidade e o magnetismo deu origem 
ao campo do “eletromagnetismo”, que tem desempenhado um papel crucial na 
formação tecnológica do mundo em que vivemos (HINRICHS, 2013).
A conexão entre a eletricidade e o magnetismo foi descoberta pelo físico 
dinamarquês H. C. Oersted, em 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola 
(que é um imã pequeno) sofria uma força quando era colocada próxima a um 
fio através do qual passava uma corrente. Com base nesse experimento, Oersted 
concluiu que uma corrente elétrica gera um campo magnético.
Observe na figura a seguir o experimento de Oersted mostrando que 
um fio pelo qual passa uma corrente elétrica dá origem ao seu próprio campo 
magnético. As setas indicam as linhas do campo magnético que resultam da 
corrente que percorre o fio.
FIGURA 35 - EXPERIMENTO DE OERSTED
FONTE: Disponível em: <http://www.brasilescola.com/upload/conteudo/
images/experimento.jpg>. Acesso em: 26 fev. 2015.
IMPORTANT
E
TÓPICO 3 | ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMOTÓPICO
117
Uma espira pela qual passa uma corrente também atua como um imã, 
semelhante a uma barra de imã. Essa espira, denominada “solenoide”, é um 
exemplo de um eletroímã. A força de um eletroímã pode ser aumentada se 
enrolarmos o fio ao redor de uma barra de ferro-gusa (por exemplo, um prego 
de ferro), já que o campo magnético do solenoide faz com que o núcleo de ferro 
também se magnetize. Eletroímãs são utilizados em muitos dispositivos hoje em 
dia, como motores e relés. Um campo magnético pode ser criado ou removido 
fechando-se ou abrindo-se um interruptor simples que conecta o eletroímã a uma 
fonte de tensão (HINRICHS, 2013).
Um fio conduzindo corrente elétrica em um campo magnético sofrerá a 
ação de uma força que o levará a se mover. Se esse fio estiver conectado a um eixo, 
pode-se obter trabalho útil com esse movimento. Chamamos tal dispositivo de 
motor elétrico.
3 GERAÇÃO DE ELETRICIDADE
Considere a seguinte questão: se uma corrente elétrica produz um campo 
magnético, então será que um campo magnético é capaz de produzir uma 
corrente? Suponha que uma espira de fio condutor seja colocada ao redor de um 
imã. Um medidor de corrente (chamado amperímetro) acusaria um valor para essa 
corrente? O experimento foi realizado, mas a resposta é não. Porém, uma variação 
deste experimento foi tentada em 1831 por Michael Faraday, na Inglaterra, e por 
Joseph Henry, nos Estados Unidos, com resultados surpreendentes. Um imã em 
repouso próximo ou dentro de uma alça de fio não vai provocar nenhuma deflexão 
na agulha do amperímetro. Entretanto, se o imã (ou o fio) for movimentado, uma 
diferença de potencial é produzida entre as extremidades do fio, e, portanto, uma 
corrente é gerada. Quanto mais rápido o imã se movimentar, maior será a tensão 
(voltagem) induzida. Esse fenômeno, chamado Lei da Indução de Faraday, é o 
princípio por trás dos geradores elétricos de hoje (HINRICHS, 2013).
Uma diferença de potencial será induzida pelas extremidades de uma espira se o 
campo magnético do circuito estiver variando; a tensão induzida é diretamente proporcional 
à taxa com que varia o campo através da espira.
Observe, na figura a seguir, uma representação da Lei da Indução de 
Faraday, onde um imã em movimento vai induzir uma corrente no fio que o rodeia.
IMPORTANT
E
118
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
FIGURA 36 - INDUÇÃO DE FARADAY
Num modelo de um gerador elétrico simples, uma espira é posicionada entre 
dois imãs estacionários, e é girada pela rotação de um eixo. O campo magnético, 
por meio da espira giratória, muda constantemente por causa do seu movimento e, 
assim, uma tensão variável é induzida pelas extremidades da espira. Uma corrente 
alternada é gerada. A conversão para corrente contínua (CC) é desejável para 
muitas aplicações, como dar carga em uma bateria. Em um gerador, a saída CC 
pode ser obtida com a ajuda de um comutador de anéis divididos. O contato com 
o comutador é feito por escovas, e a corrente é removida pela movimentação em 
uma direção (HINRICHS, 2013).
Confira na figura a seguir o esquema de um gerador de eletricidade simples.
FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/
lei_de_faraday_lenz1.JPG>. Acesso em: 27 fev. 2015.
FIGURA 37 - GERADOR DE ELETRICIDADE SIMPLES
FONTE: Disponível em: <http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/image13/13_
T02_07.gif>. Acesso em: 27 fev. 2015.
TÓPICO 3 | ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMOTÓPICO
119
Um gerador também pode fornecer uma saída CC por meio do uso de 
um dispositivo de estado sólido chamado retificador. Os automóveis têm um 
alternador (como um gerador) que carrega a bateria, fornecendo eletricidade para 
a ignição. O eixo é girado pela correia do ventilador. Um alternador funciona 
com o mesmo princípio de um gerador, exceto pelo fato de que a armadura é 
fixa e o campo magnético gira. Há uma grande semelhança entre um motor e um 
gerador. No primeiro, a corrente é fornecida aos fios da espira ou armadura, que 
sofrem a ação de uma força no campo magnético, o que causa seu movimento 
rotacional, girando um eixo. Em um gerador, o mesmo eixo é girado por uma força 
externa – vapor em movimento ou água -, fazendo que os fios girem em um campo 
magnético, induzindo uma corrente (HINRICHS, 2013).
Para finalizar este tópico, vale a pena ressaltar que:
• Um fio conduzindo corrente elétrica produz um campo magnético.
• Um fio conduzindo corrente elétrica sofre a ação de uma força quando imerso 
em um campo magnético (como em um motor elétrico). De forma semelhante, 
uma partícula carregada sente a ação de uma força quando se movimenta na 
direção apropriada em um campo magnético.
• Um condutor em movimento em um campo magnético terá uma tensão 
induzida por suas extremidades (como em um grande gerador elétrico) 
(HINRICHS, 2013).
A produção de eletricidade é responsável por 25% de todo o consumo de 
energia nos Estados Unidos. Essa participação provavelmente continuará a crescer. 
A maioria das fontes alternativas de energia discutidas neste livro é direcionada 
à produção de energia. A interação entre eletricidade e magnetismo pode ser 
resumida como:
1. Uma corrente elétrica produz um campo magnético.
2. Uma partícula carregada em movimento pode sofrer a ação de uma força em um 
campo magnético.
3. Um fio movimentado em um campo magnético tem uma diferença de potencial 
induzida entre suas extremidades (este conceito é o princípio por trás de 
geradores de eletricidade).
120
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
LEITURA COMPLEMENTAR
MAGLEV COBRA: O TREM BRASILEIRO QUE FLUTUA SOBRE OS TRILHOS!
Trens flutuantes viajando a cerca de 450 km/h entre o Rio de Janeiro e 
São Paulo a um custo de implantação equivalente a um terço do investimento em 
uma linha convencional de metrô. Não, essa não é a sinopse de um novo filme de 
ficção científica, estamos falando de um projeto brasileiro que pode revolucionar o 
sistema de transportes no país.
Trata-se do Maglev Cobra, um trem movido à levitação magnética que 
está em fase inicial de testes na Universidade Federal do Rio de Janeiro. Além do 
baixo custo para implantação, sua manutenção pode ser até 50% mais barata e o 
resultado final é um veículo de transporte não poluente.
O trem brasileiro que flutua
O sistema de levitação magnética não é exatamente uma novidade. Desdea década de 60, em alguns congressos já se discutia a sua utilização prática no 
sistema de transportes. No entanto, só no final do século passado foi possível 
colocar em prática os primeiros testes com a tecnologia.
Desde janeiro de 2004, uma linha com 30 quilômetros de extensão localizada 
na cidade chinesa de Xangai está em operação comercial. O Maglev de Xangai 
utiliza tecnologia eletromagnética alemã da Transrapid, pois está desenvolvido 
para atingir 450 km/h levitando com supercondutores resfriados à temperatura do 
nitrogênio em estado líquido (-198°C) em uma via composta de imãs permanentes.
Nesse ponto o diferencial do projeto brasileiro é significativo. Quem explica 
é o engenheiro e doutor em Engenharia de Transportes Eduardo Gonçalves David. 
Ele é um dos inventores e titulares da patente do Maglev Cobra junto ao INPI. 
“Enquanto o Transrapid consome 1,7 kW/tonelada levitada, o Maglev-Cobra não 
Fonte: Maglev Cobra
TÓPICO 3 | ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMOTÓPICO
121
consome energia alguma. Se o criostato (tanque de nitrogênio) fosse um isolante 
perfeito, o Maglev ficaria levitando eternamente”, explica.
Entretanto, como não existe este isolante perfeito, há um consumo de 
nitrogênio que se evapora. Porém o nitrogênio em estado líquido, um subproduto 
da produção de oxigênio líquido usado na indústria e em hospitais, é muito barato. 
“Para a UFRJ, por exemplo, custa R$ 0,79/litro - menos do que um litro de água 
mineral”, completa Eduardo.
Segundo ele, a questão-chave para decidir quanto à melhor tecnologia 
depende do tipo de operação que se deseja. “Para alta velocidade a levitação 
eletromagnética revela-se melhor. Operando a 450 km/h, na eletromagnética o 
consumo de energia para levitar equivale a 5% do consumo total. Já operando 
na baixa velocidade o consumo de energia para levitar poderia chegar a 50%, o 
que se mostra vantajoso para o sistema baseado em supercondutores resfriados à 
temperatura do nitrogênio em estado líquido”, afirma.
Como funciona a levitação magnética
Diversas variáveis influenciam na composição da levitação magnética e, 
por isso mesmo, existem diversas maneiras práticas de aplicar este conceito. A 
versão proposta para o trem brasileiro é a Levitação Magnética Supercondutora.
A lógica do funcionamento é bem simples. Uma placa de cerâmica 
supercondutora, ao ser resfriada com nitrogênio líquido, produz o efeito de 
levitação sobre um imã de neodímio - um imã feito a partir de uma composição 
dos elementos químicos Neodímio (Nd), Ferro (Fe) e Boro (B).
Por se tratar da mais moderna tecnologia, ainda não existe linha de teste 
em escala real. No Brasil, foram realizados testes de bancadas com os componentes 
isolados. “A fase seguinte é montar o veículo e testar todos os componentes 
interligados, formando o sistema Maglev-Cobra. Primeiramente, será uma curta 
linha de testes e, depois, uma linha interna na UFRJ para transportar 20 mil alunos 
diários, o que homologará o sistema”, explica David.
Menor custo e sem emissão de poluentes
Dois fatores importantes podem colaborar para que esta nova tecnologia 
se torne popular num futuro próximo. O primeiro deles é o baixo custo de 
implantação e manutenção, se comparados aos serviços tradicionais em execução 
na atualidade. “Em transporte a decisão deve estar focada no bem-estar do cliente: 
o passageiro. E o que o passageiro do transporte público quer prioritariamente? 
Eu acredito que: mobilidade, rapidez, conforto, segurança e baixo custo - nesta 
ordem”, defende Eduardo.
Pensando nisso, foi elaborado um estudo de caso para o Rio de Janeiro, no 
antigo Corredor T5, do Terminal Alvorada da Barra da Tijuca até ao bairro da Penha. 
Atualmente, na hora do “rush”, a viagem que leva uma hora e meia será reduzida 
122
UNIDADE 2 | ENERGIA E ELETRICIDADE - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
para 45 minutos com o BRT expresso e para apenas 20 minutos com o Maglev 
em via elevada. “O custo médio operacional do sistema integrado Maglev+BRT é 
50% inferior ao do custo operacional apenas do BRT. Portanto, sobra uma grande 
margem para amortização do investimento complementar ao BRT, com grande 
benefício público decorrente do maior conforto, rapidez e segurança”, conclui.
Outro fator positivo em prol do novo sistema é a preservação ambiental. 
O Maglev Cobra apresenta um custo energético por passageiro-quilômetro 
equivalente a apenas 13% do consumo médio do ônibus urbano, gerando uma 
economia de 87% em um item que representa cerca de 30% do custo operacional.
Os Maglevs em outros países
Embora a proposta do Brasil seja uma das mais avançadas em termos 
tecnológicos, o país não é o único que está com projetos em desenvolvimento nesse 
segmento. Além do Maglev de Xangai, que está em funcionamento desde 2004, a 
Alemanha e a Coreia do Sul também estão de olho neste mercado.
O país europeu é um dos mais tradicionais no assunto, não pela implantação 
de linhas, mas pelas experiências efetivas com levitação magnética que realiza 
desde a década de 80. Já na Ásia, a Coreia do Sul prevê para 2013 a inauguração de 
uma linha de 16 km que deve se tornar um modelo.
Maglev de Shanghai
“A levitação eletromagnética é uma tecnologia madura e com futuro, até 
porque o sistema eletrônico de controle que é a parte tecnicamente mais delicada 
está ficando cada dia mais potente e barato”, acrescenta Eduardo.
O engenheiro defende ainda a quebra de alguns paradigmas para que a 
nova tecnologia possa definitivamente ser colocada em prática. “Quando há quebra 
de paradigmas tecnológicos dificilmente as empresas do antigo setor assumem a 
liderança, porém lutam enquanto podem. Um retrospecto do passado demonstra 
bem isto: não foi a Remington nem a Olivetti que popularizaram os computadores 
domésticos, embora fossem líderes das máquinas datilográficas”, exemplifica.
O futuro da levitação magnética
Em filmes como Minority Report - A Nova Lei, a tecnologia de levitação 
magnética é empregada de forma individual, como um elemento de substituição 
dos automóveis de passageiros comuns. Será que um dia um aspecto ficcional 
como esse pode se tornar realidade?
O engenheiro Eduardo David acredita que isso não é impossível. “Eu 
acredito que este dia não vai demorar muito não, embora o transporte em sistema 
guiado seja a opção mais fácil de ser implantado. A eletrônica está ficando cada dia 
mais acessível e uma nova geração de jovens brilhantes chega continuamente ao 
TÓPICO 3 | ELETRICIDADE POR ELETROMAGNETISMOTÓPICO
123
mercado”, opina. “Quem sabe algum dos leitores não se interesse em desenvolver 
isso? É um bom desafio criativo e com grande apelo ambiental”, finaliza Eduardo.
Enquanto esse dia não chega, vale ficar de olho nas datas previstas para 
implantação e execução do Maglev Cobra. Se tudo correr bem, até 2014 serão 
implantados 4,5 km de linha operacional no campus da UFRJ, na Ilha do Fundão. 
Os supercondutores, o trem e os motores lineares serão fabricados no Brasil. Para 
conhecer mais sobre a tecnologia, vale conhecer o site oficial do Maglev Cobra. 
Nele há muitas informações sobre o funcionamento da tecnologia, bem como um 
FAQ respondendo às dúvidas mais comuns dos usuários. 
FONTE: Disponível em: <http://www.tecmundo.com.br/levitacao-magnetica/4685-maglev-cobra-
o-trem-brasileiro-que-flutua-sobre-os-trilhos-.htm>. Acesso em: 26 fev. 2015.
124
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste terceiro tópico apresentamos:
• A primeira observação de um fenômeno magnético foi a de uma determinada 
rocha que tinha a propriedade de atrair (repelir) rochas similares. A rocha, um 
minério de ferro identificado como magnetita, já era conhecida pelos gregos por 
volta de 500 a.C.
• Uma força gravitacional será exercida sobre uma massa quando ela se encontrar 
em um campo gravitacional. 
• A Terra também possui seu próprio campo magnético, semelhante ao produzido 
por um imã em barra.
• Uma das unidades de campo magnético é o “gauss”. O campo magnético da 
Terra é de aproximadamente 0,5 gauss. Em unidades SI, a unidade é otesla; 1t = 
10 mil gauss.
• A descoberta da ligação entre a eletricidade e o magnetismo deu origem ao 
campo do “eletromagnetismo”, que tem desempenhado um papel crucial na 
formação tecnológica do mundo em que vivemos.
• Uma espira pela qual passa uma corrente também atua como um imã, semelhante 
a uma barra de imã. Essa espira, denominada “solenoide”, é um exemplo de um 
eletroímã. 
• A força de um eletroímã pode ser aumentada se enrolarmos o fio ao redor de 
uma barra de ferro-gusa (por exemplo, um prego de ferro), já que o campo 
magnético do solenoide faz com que o núcleo de ferro também se magnetize.
• Uma diferença de potencial será induzida pelas extremidades de uma espira se 
o campo magnético do circuito estiver variando; a tensão induzida é diretamente 
proporcional à taxa com que varia o campo através da espira.
• Um fio conduzindo corrente elétrica produz um campo magnético.
• Um fio conduzindo corrente elétrica sofre a ação de uma força quando imerso 
em um campo magnético (como em um motor elétrico). 
• De forma semelhante, uma partícula carregada sente a ação de uma força quando 
se movimenta na direção apropriada em um campo magnético.
• Um condutor em movimento em um campo magnético terá uma tensão induzida 
por suas extremidades (como em um grande gerador elétrico).
125
• Uma corrente elétrica produz um campo magnético.
• Uma partícula carregada em movimento pode sofrer a ação de uma força em um 
campo magnético.
• Um fio movimentado em um campo magnético tem uma diferença de potencial 
induzida entre suas extremidades (este conceito é o princípio por trás de 
geradores de eletricidade).
126
1 Após o estudo deste último tópico da Unidade 2, do nosso Caderno de Estudos 
de Tecnologias Aplicadas, explique resumidamente o funcionamento de um 
motor elétrico.
2 O magnetismo é um tipo de força de atração e repulsão que pode ser 
observado em um imã. Os imãs atraem objetos metálicos, com propriedades 
ferromagnéticas. Com relação ao funcionamento dos imãs, classifique V 
para as sentenças verdadeiras e F para as falsas:
( ) Um imã age como se possuísse dois centros de força, que são chamados 
 polos, denominados norte (N) e sul (S). 
( ) O funcionamento de um imã é tão complexo que qualquer metal pode ser 
 atraído até pelo alumínio.
( ) A força entre dois imãs varia inversamente ao quadrado da distância entre 
 eles, e pode ser atrativa ou repulsiva.
AUTOATIVIDADE
127
UNIDADE 3
ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - 
FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir desta unidade você será capaz de:
• reconhecer o átomo, sua composição e sua energia nuclear como fonte 
energética;
• definir energia nuclear e a radioatividade;
• diferenciar através da definição e das aplicações, a fissão nuclear e a fusão 
nuclear;
• estudar o funcionamento de um reator nuclear, seu combustível e seus re-
síduos;
• conhecer o cenário brasileiro de energia nuclear a partir da fissão;
• identificar os usos da radiação nuclear e seus efeitos;
• conhecer as aplicações da fusão nuclear como fonte de energia alternativa 
no futuro.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No primeiro tópico, iremos estu-
dar o átomo a partir da teoria atômica e a radioatividade. No segundo tópi-
co, iremos definir a fissão nuclear, bem como apresentar as suas aplicações. 
Finalmente, no terceiro e último tópico, iremos definir a fusão nuclear, bem 
como conhecer suas aplicações como fonte alternativa de energia.
TÓPICO 1 – TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
TÓPICO 2 – APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
TÓPICO 3 – APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
128
129
TÓPICO 1
TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Basta falarmos em energia nuclear ou radioatividade que a reação das 
pessoas demostra temor. Infelizmente, isso ocorre devido a várias catástrofes, 
causadas por erros humanos e falhas materiais, que ocorreram envolvendo 
bombas nucleares ou explosões de reatores nucleares.
Não precisamos ir muito longe para nos lembrar do acidente ocorrido 
com o Césio 137, que ceifou a vida de centenas de pessoas em Goiânia, no ano de 
1987. Um ano antes ocorreu o acidente nuclear com a explosão de um reator em 
Chernobyl, na Ucrânia. Assim como as bombas atômicas que foram lançadas sobre 
as cidades de Hiroshima e Nagasaki durante a Segunda Guerra Mundial em 1945. 
E, mais recentemente, em 2011, a explosão de um reator nuclear em Fukushima, no 
Japão, devido a um terremoto.
Contudo, a energia nuclear não se limita a bombas e explosões. Inúmeras 
são as suas aplicações, como em aparelhos de raio X, radioterapia, micro-ondas, 
beneficiamento de urânio para produção de energia elétrica, entre outros.
A grande diferença está em como utilizar uma fonte de energia altamente 
energética e “limpa”. O saber utilizar a energia nuclear está centralizado, também, 
no destino correto dos seus resíduos, que são radiativos.
Estudo, tecnologia e interesse estão disponíveis, o problema está 
na lucratividade e nos interesses políticos, que muitas vezes impedem o 
desenvolvimento das novas fontes de energia.
Seja para melhor ou para pior, atualmente, nos encontramos na era nuclear. 
O símbolo do átomo, com seu núcleo rodeado por elétrons em órbita, tornou-se a 
marca registrada do “progresso” aos olhos de muitas pessoas. Veja na figura a 
seguir o modelo atômico de Ernest Rutherford. A humanidade descobriu como 
atingir as grandes quantidades de energia armazenadas no núcleo atômico para 
utilizá-las de várias formas, tanto destrutivas como construtivas. Para muitas 
pessoas, o estudo da física nuclear significa somente um estudo de “bombas 
atômicas” e reatores nucleares. Entretanto, o campo é muito mais amplo do que 
este; uma compreensão dos radioisótopos e seus usos e dos reatores de fusão são 
apenas alguns dos tópicos que demandam um conhecimento do núcleo e de suas 
propriedades (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
130
FIGURA 38 – MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD
FONTE: Disponível em: <http://www.racionalismo-cristao.org.br/
gazeta/diversos/fig-3-atomo.gif>. Acesso em: 3 mar. 2015.
É possível que estejamos na aurora de uma nova era de fontes alternativas 
de energia, como a energia solar; mas a importância em médio prazo da 
energia nuclear convencional também deve ser considerada. Opiniões pró e 
contra a energia nuclear são, algumas vezes, emitidas exclusivamente em bases 
emocionais. Claramente, é necessário mais do que conhecimento tecnológico para 
se desenvolver uma política energética para esta primeira metade de século, mas 
esses são fatores não técnicos (HINRICHS, 2013).
2 ESTRUTURA ATÔMICA
Para alguns cientistas, era filosoficamente difícil acreditar que o universo 
tinha em seu nível mais fundamental tantas “partículas” elementares quantos 
elementos diferentes. Evidências concretas de que os átomos não eram esferas 
duras indivisíveis nem uma partícula elementar tornaram-se disponíveis no século 
XIX, com as descobertas do elétron e da radioatividade. No caso do elétron, os 
cientistas estavam investigando a passagem de eletricidade por meio de gases de 
baixa pressão. Um tubo preenchido a vácuo (uma pressão de aproximadamente 
um milésimo da atmosférica) continha um cátodo negativo e um ânodo positivo e 
um copo coletor, como pode ser visto na Figura 39. Uma diferença de tensão entre 
essas duas placas dá origem a um raio visível no interior do tubo, indo do cátodo 
para o ânodo, o que também faz o copo coletor se tornar negativamente carregado. 
Esses raios eram emitidos do cátodo, independentemente do material utilizado, 
levando J. J. Thomson a concluir que todos os materiais contêm elétrons, nome 
dado a esses raios catódicos (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
131
FIGURA 39 - TUBO A VÁCUO DE RAIOS CATÓDICOS
FONTE: Disponível em: <http://aspiracoesquimicas.net/wp/wp-content/
uploads/2012/02/001.png>. Acesso em: 3 mar. 2015.
Uma aparelhagem mais elaborada foi utilizadapara estudar as deflexões 
dos raios catódicos em campos magnéticos e elétricos. Elétrons eram emitidos pelo 
cátodo negativamente carregado, acelerados em direção ao ânodo positivo, e então 
encaminhados em direção a uma tela fluorescente, na qual uma luz era emitida. 
Por meio da deflexão desse feixe por campos magnéticos e elétricos, Thomson 
determinou a razão carga-massa do elétron. Ele concluiu que o elétron tem uma 
carga negativa e uma massa 1.837 vezes menor do que a de um átomo de hidrogênio. 
Tais experimentos indicaram que o átomo não era indivisível nem fundamental, já 
que os elétrons eram originários dos átomos. Por causa da neutralidade elétrica do 
átomo, os elétrons negativos têm de ser eletricamente balanceados por partículas 
de carga positiva (HINRICHS, 2013).
Portanto, o átomo possui uma estrutura. A forma desta estrutura interna do 
átomo foi objeto de intensa especulação no início do século XX. Thomson imaginava 
o átomo como uma esfera na qual quantidades iguais de cargas positivas e negativas 
eram distribuídas de maneira uniforme. Seu modelo poderia ser comparado a uma 
tigela de mingau (uma esfera de carga positiva) contendo passas incrustadas, os 
torrões de carga negativa. A descoberta da radioatividade também ajudou a tornar 
claro o fato de que o átomo não era uma partícula indivisível. Durante a última 
parte do século XIX, como resultado do trabalho de Henri Becquerel e Marie e 
Pierre Curie, observou-se que vários elementos mais pesados encontrados na 
natureza, como urânio e rádio, emitem radiação espontaneamente. Esses átomos 
eram “radiação-ativos” ou radioativos. Foi observado que três tipos de radiação 
são emitidos por esses elementos radioativos (HINRICHS, 2013).
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
132
Embora o termo cientificamente correto seja “massivo”, permite-se o termo 
“pesado”, que é de uso mais comum. Devemos nos atentar que isso se refere à massa do átomo 
e não ao seu peso. Lembrando que peso (p) --- p = m . g
Os nomes dados a esses três tipos distintos de radiação foram raios alfa, 
beta e gama. Essas três radiações não são emitidas simultaneamente por substâncias 
radioativas. Alguns elementos emitem raios alfa e outros raios beta, enquanto os raios 
gama estão associados, algumas vezes, a raios alfa e, outras, a raios beta. Se tais radiações 
são direcionadas entre duas placas carregadas, elas se comportam de três maneiras 
diferentes. Os cientistas descobriram que os raios alfa são constituídos de partículas 
carregadas positivamente, os raios beta são partículas carregadas negativamente, 
de massa muito pequena, e os raios gama são semelhantes ao que conhecemos 
hoje como raio X. Também foi descoberto – para surpresa de muitos – que, após a 
emissão de radiação, o átomo radioativo original havia se transformado em um átomo 
completamente diferente quimicamente. Ademais, a radiação de uma dada amostra 
não era afetada de forma alguma por nenhum processo físico ou químico, tal como 
mudança de temperatura ou composição química da substância. Consequentemente, 
tornou-se claro que a radioatividade é um processo nuclear, resultante do decaimento 
nuclear. A estrutura interna do átomo foi sondada por meio dos experimentos de 
espalhamento de Hans Geiger e Ernst Marsden na Inglaterra, no início do século 
passado. Nesses experimentos, partículas alfa (partículas carregadas positivamente, 
com cerca de 7.400 vezes a massa do elétron) de uma substância radioativa natural 
bombardeavam uma folha muito delgada de ouro (HINRICHS, 2013).
Veja na Figura 40, a seguir, o espalhamento de partículas alfa em uma folha 
delgada de ouro.
FIGURA 40 - ESPALHAMENTO DE PARTÍCULAS ALFA EM FOLHA DE OURO
FONTE: Disponível em: <http://www.fisica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/
uploads/2/normal_375exprutherfor.jpg>. Acesso em: 4 mar. 2015.
DICAS
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
133
O físico britânico Ernest Rutherford analisou os dados e concluiu que 
as partículas carregadas positivamente deveriam estar concentradas em um 
volume muito menor do que o átomo inteiro, formando um caroço central, ou 
núcleo, ao redor do qual os elétrons se moveriam. Tais experimentos indicaram 
que o núcleo é extremamente pequeno, cerca de 20 mil vezes menor do que o 
átomo (para visualizar esta diferença de tamanhos, imagine que o átomo seja do 
tamanho de um estádio de futebol; neste caso, o núcleo seria do tamanho de uma 
esfera de rolamento). Apesar de seu tamanho, o núcleo contém mais de 99,9% da 
massa do átomo. O núcleo também é composto, contendo partículas carregadas 
positivamente chamadas de prótons (do grego “primeiro”) e partículas neutras 
com aproximadamente a mesma massa, chamada de nêutrons. Também já foi 
estabelecido que mesmo essas partículas (elétrons, prótons e nêutrons) não 
são os componentes fundamentais da matéria. Experiências em anos recentes, 
realizadas nos grandes aceleradores de partículas, demostraram que o próton e 
o nêutron parecem ser compostos por partículas menores chamadas de quarks. 
Esses quarks têm carga fracionada (ou mais ou menos 2/3 ou 1/3 da carga do 
elétron) (HINRICHS, 2013).
2.1 CAMADAS OU NÍVEIS DE ENERGIA
Um fator na divisão radical entre a física moderna e a clássica foi a descoberta 
de que as propriedades da matéria em nível microscópico têm valores distintos ou 
quantizados. Não é possível que essas propriedades apresentem valores arbitrários 
entre os valores “permitidos”. Até o fim do século XIX, acreditava-se que a energia 
possuída por um corpo fosse “contínua”, ou seja, poderia assumir qualquer valor. 
Uma esfera rolando rampa abaixo tem energia cinética e potencial, podendo assumir 
qualquer valor para a soma das suas energias. Isso não pode ocorrer no mundo 
atômico. O elétron em “órbita” do núcleo possui tanto energia cinética, resultante 
de seu movimento ao redor do núcleo, quanto energia potencial, resultante da 
força elétrica entre ele e o núcleo. Ainda assim, a energia desse elétron não pode 
ser de qualquer valor, mas necessariamente deve assumir determinados valores 
discretos. Nós dizemos que o elétron só pode existir em determinados “níveis 
de energia” ou estados quantizados dentro do átomo. No dia a dia, lidamos com 
valores quantizados, como o número de moedas em meu bolso. Um modelo antigo 
e ainda útil do átomo – Niels Bohr (1913) – postulava que aos elétrons é permitido 
apenas orbitar o núcleo em órbitas de raios fixos (HINRICHS, 2013).
Esse molde atômico permite que se entenda um espectro atômico – as cores 
da luz emitida por vários elementos que tenham sido excitados pelo calor ou por 
descargas elétricas. Repare na luz vermelha proveniente de um tubo de neon, a 
luz branca-violeta de uma lâmpada de mercúrio e a luz amarela de uma lâmpada 
de vapor de sódio. Cada elemento químico tem seu próprio sistema de níveis de 
energia, de forma que as transições de elétrons dos estados excitados de volta aos 
estados de mais baixa energia resultam na emissão de energias únicas, com cores e 
características. Embora aparentemente exista apenas uma cor, a luz visível emitida 
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
134
por cada elemento é uma mistura de várias linhas de emissão. Se a luz de um gás 
excitado é conduzida por uma fenda estreita e separada em suas cores diferentes 
por um prisma ou rede de difração, não veremos uma banda contínua de cores, 
mas um conjunto de linhas estreitas discretas (HINRICHS, 2013).
FIGURA 41 – ESPECTRO ATÔMICO
FONTE: Disponível em: <http://www.feiradeciencias.com.br/sala23/image23/23_
MA02_02.gif>. Acesso em: 4 mar. 2015.
3 SEMELHANÇA ATÔMICA
No início do século passado, observou-se que átomos do mesmo elemento 
não possuíam sempre a mesma massa, podendo apresentar até dez valores 
diferentes. Esses átomos semelhantes chamamos isótopos, que correspondem 
à palavra grega “o mesmo lugar” (esse lugar é a posição na tabela periódica). 
Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons, mas diferentesnúmeros de nêutrons e, portanto, massas diferentes. Todos os isótopos de um 
elemento se comportam quimicamente de forma quase idêntica, porém, cada um 
deles apresenta propriedades nucleares diferentes. A maior parte dos elementos 
existentes na natureza tem pelo menos dois isótopos. Um exemplo de uma série 
de isótopos de um elemento é o do hidrogênio. O núcleo do isótopo mais simples 
e mais abundante (99,985% de todos os átomos de hidrogênio) tem um próton e é 
chamado de hidrogênio. Se um nêutron é adicionado ao núcleo, temos um átomo 
com duas unidades de massa atômica; esse isótopo é chamado de deutério, com 
símbolo D. Tal isótopo existe na natureza (0,015%) e combina-se com o oxigênio 
para formar o que chamamos água pesada, ou D2O. Um isótopo muito raro do 
hidrogênio é o trítio, que tem um próton e dois nêutrons, e uma massa de 3. Ele 
tem importância como combustível em reações de fusão, e também é radioativo. 
Confira na figura a seguir os isótopos de hidrogênio (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
135
No original, os autores referem-se a isótopos de uma substância. Na verdade, são 
os elementos químicos que têm isótopos, e não as substâncias.
FIGURA 42 - OS ISÓTOPOS DO HIDROGÊNIO
FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/
isotopos-hidrogenio.jpg>. Acesso em: 4 mar. 2015.
A existência de isótopos explica porque as massas atômicas de alguns 
elementos não são números inteiros. Os elementos são misturas de isótopos em 
quantidades diferentes, pois os isótopos se comportam quimicamente de forma 
quase idêntica. Um exemplo é o cloro, com uma massa atômica de 35,5; isto é uma 
mistura de isótopos com massas atômicas de 35 e 37, em proporções relativas de 
76% e 24%. Calculando-se a média ponderada dessas massas encontra-se o valor 
de 35,5, que é o valor que aparece para a massa atômica do cloro na tabela periódica 
(HINRICHS, 2013).
4 RADIOATIVIDADE
Um nucleoide radioativo é aquele que sofre decaimento nuclear 
espontâneo, resultando na emissão de radiação nuclear na forma de partículas 
ou raios. Na descrição de um radioisótopo, são importantes o tipo de radiação 
emitida e sua “meia vida”. As letras gregas alfa, beta e gama são dadas aos três 
tipos de radiação, caracterizadas por sua massa, tamanho e habilidade de penetrar 
na matéria. Os alcances desses raios, ou seja, a distância que podem viajar antes 
que percam toda a sua energia, em diferentes tipos de matéria (para energias 
tipicamente encontradas em decaimento radioativo) (HINRICHS, 2013).
Confira no quadro a seguir as propriedades das radiações nucleares.
IMPORTANT
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UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
136
QUADRO 9 – TIPOLOGIAS DE RADIAÇÃO 
TIPO DE RADIAÇÃO ALCANCE
PARTÍCULAS ALFA Uma folha de papel, alguns centímetros no ar, ou milésimos de centímetros em tecido biológico.
PARTÍCULAS BETA Uma placa de alumínio fina ou décimos de centímetros em tecido biológico.
PARTÍCULAS GAMA Vários centímetros de chumbo ou metros de concreto
Já há algum tempo aprendemos que as partículas alfa são núcleos de 
átomos de hélio, com dois prótons e dois nêutrons. Muitos núcleos radioativos, 
que são mais pesados do que o chumbo, emitem partículas alfa em seu decaimento. 
O beta é o tipo mais comum de decaimento radioativo. Os raios gama são ondas 
eletromagnéticas que acompanham o decaimento alfa ou beta. Eles resultam da 
queda de um núcleo de um estado excitado para um estado mais estável, de maneira 
semelhante às linhas de emissão de elementos químicos causada pelo movimento 
de elétrons de um nível quantizado de energia para outro. No decaimento alfa e 
beta de um núcleo radioativo, ocorre a “transmutação” do elemento – um átomo 
de um elemento torna-se um átomo de outro elemento, já que o número de prótons 
no núcleo varia. O átomo resultante pode também ser radioativo, e decair então 
em outro átomo. Conhecendo-se os tipos de radiação emitidos e as regras do 
decaimento nuclear, pode-se seguir o esquema de decaimento por meio de uma 
série de isótopos, levando ao núcleo estável final (HINRICHS, 2013).
Veja na figura a seguir um exemplo de decaimento radioativo.
FONTE: Adaptado de: Hinrichs (2013, p. 504)
FIGURA 43 - DECAIMENTO RADIOATIVO DO ÁTOMO DE URÂNIO
FONTE: Disponível em: <http://www.alunosonline.com.br/upload/conteudo/images/
decaimento%20do%20uranio.jpg>. Acesso em: 5 mar. 2015
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
137
Caro(a) acadêmico(a), para conhecer mais sobre os tempos de meia-vida dos 
elementos químicos, consulte a sua tabela periódica. Lá você encontrará o tempo de meia-
vida de cada elemento químico existente, bem como poderá reconhecer se ele é ou não 
radioativo.
Outra propriedade muito importante de um nuclídeo radioativo é a sua 
meia-vida. A meia-vida de um isótopo é definida como o tempo necessário para 
que metade da quantidade original daquele isótopo decaia em outro elemento. 
Por exemplo, se partirmos de 100g de cobalto-60, que tem meia-vida de 5,3 anos, 
então 5,3 anos depois restarão 50g de cobalto-60. A outra metade decaiu em 
níquel-60, que é estável. Depois de outros 5,3 anos, teremos 25g de cobalto-60; 
depois de mais 5,3 anos, 12,5g; e assim por diante. Dizemos que esta substância 
está decaindo exponencialmente com o tempo, quantidade que tenha um tempo 
fixo de duplicação ou redução à metade exponencialmente. A meia-vida é fixa e 
não depende da temperatura do ambiente, da composição química ou da história 
de decaimento anterior. As meias-vidas dos núcleos radioativos abrangem uma 
gama enorme de valores. O urânio-238, encontrado na natureza, é radioativo com 
uma meia-vida de 4,5 bilhões de anos, decaindo pela emissão de partículas alfa. 
O bismuto-208 pode ser obtido em um reator nuclear e tem uma meia-vida de 3 
milissegundos (0,003 s). Uma regra geral é que, após dez meias-vidas se passarem, 
a quantidade remanescente de elemento inicial será bem pequena se comparada à 
quantidade original (aproximadamente 0,1%) (HINRICHS, 2013).
A intensidade da radiação de uma fonte radioativa depende do 
número de núcleos presentes na meia-vida. Uma pequena quantidade de uma 
substância com uma meia-vida curta pode ter uma intensidade maior do que 
uma grande quantidade de um isótopo de vida longo. O número de átomos que 
se desintegram por segundo é atividade, e é emitido em unidades de Becquerel 
(Bq) ou Curie (Ci). Um becquerel equivale a uma desintegração por segundo. 
Uma quantidade de substância em que 37 bilhões de átomos decaem por 
segundo tem uma atividade de 1 Ci. Normalmente, as atividades são expressas 
em microcuries, ou milionésimos de Curie, porque a taxa de decaimento da 
maior parte dos radionuclídeos é muito menor do que um Ci. Um detector de 
fumaça doméstico contém cerca de 0,9 microcuries do elemento emissor alfa-
amerício-241.
IMPORTANT
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UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
138
1 Ci equivale aproximadamente ao número de desintegrações por segundo em 1 
grama de rádio.
As meias-vidas dos radioisótopos podem ser utilizadas na datação 
radiométrica de materiais orgânicos e inorgânicos. A datação por carbono 
radioativo tem sido muito importante na determinação de há quanto tempo uma 
fonte de amostras de material orgânico morreu. O C14 radioativo é produzido na 
atmosfera superior por reações nucleares induzidas por raios gama de alta energia. 
Uma vez que esse isótopo tem comportamento químico idêntico ao do isótopo 
abundante, o carbono-12, ele é capaz de formar compostos comuns como o dióxido 
de carbono. Na atmosfera, a razão de carbono-14 para carbono-12 em CO2 é de 
aproximadamente 1,3x10-12 para 1. A mesma razão existe nos organismos vivos, 
pois as plantas utilizam o CO2 durante a fotossíntese, e os animais, por sua vez, 
alimentam-se de plantas (HINRICHS, 2013).
A datação geológica de rochas deve utilizar radioisótopos com meias-vidas 
muito longas. Uma vez que a atividade de tal fonte é bastante baixa (lembre-se de 
que a atividadeé inversamente proporcional à meia-vida), esse tipo de datação é 
feito medindo-se a quantidade do produto de decaimento (chamado “filho”) em 
relação ao radioisótopo original (o “pai”) presente na amostra. Já que a razão entre 
isótopo original e produto de decaimento presentes na rocha é uma função do 
tempo, a idade da amostra pode ser determinada. Tais medições têm de pressupor 
que a rocha é um “sistema fechado”, ou seja, nenhum dos átomos originais ou do 
produto de decaimento foi adicionado ou retirado da rocha durante a sua história. 
Consequentemente, as amostras devem estar livres da influência de intempérie e 
de outras contaminações (HINRICHS, 2013).
Aproveite o link a seguir para conhecer o Museu de Marie Curie, a “Mulher da 
Radioatividade”. Disponível em: <http://musee.curie.fr/>.
IMPORTANT
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DICAS
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
139
LEITURA COMPLEMENTAR
MARIE SLODOWSKA-CURIE: A MULHER QUE MUDOU A HISTÓRIA DA 
CIÊNCIA
Agnaldo Arroio
FACULDADE DE EDUCAÇÃO - USP
agnaldoarroio@yahoo.com
Marie Slodowska Curie
Introdução
Marie Slodowska-Curie, dentre as mulheres que fizeram Ciências, talvez 
seja a mais conhecida, principalmente por seus muitos “primeiros”. Foi a primeira 
a utilizar o termo radioatividade, a primeira mulher a receber o título de Doutora 
em Ciências na Europa.
Marie Slodowska-Curie (nasceu em Varsóvia, na Polônia, 7 de novembro 
de 1867) foi uma das primeiras mulheres cientistas a ganhar fama no mundo e, 
certamente, uma das grandes cientistas deste século. Graduou-se em matemática 
e física. Ganhadora de dois prêmios Nobel, um de Física, em 1903, e um de 
Química, em 1911, foi pioneira em estudos com o Rádio e o Polônio, contribuindo 
profundamente na compreensão da radioatividade.
Foi a primeira mulher a ganhar um prêmio Nobel de Física (1903) pela 
descoberta da radioatividade, junto a Pierre Curie (seu marido) e Henri Becquerel. 
Foi também a primeira mulher a lecionar, como professora e líder de grupo em 
laboratório, na Universidade de Sorbonne em Paris (1906). Ganhou um segundo 
prêmio Nobel, agora de Química (1911), por suas descobertas e isolamento do 
Rádio puro e de seus compostos, tornando-se, assim, a primeira pessoa a receber 
dois prêmios Nobel. Recebeu 15 medalhas de ouro, 19 graus e muitas outras honras.
Foi também a primeira mãe de uma ganhadora do prêmio Nobel que 
também tinha ganhado o mesmo prêmio. Sua filha mais velha, Irene Joliot-Curie, 
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
140
ganhou um prêmio Nobel de Química (1935). É a primeira mulher sepultada sob a 
abóbada do Pantheon, em Paris, por seus próprios méritos. 
Um pouco de sua vida e trajetória na Ciência
Marie Slodowska foi a caçula e quinta filha do casal Bronsilawa Boguska 
(pianista, cantora e professora) e Wladyslaw Sklodowski, (professor de matemática 
e física). Desde a infância era notável por sua memória, aos 16 anos ganhou uma 
medalha de ouro na conclusão de sua instrução secundária no Liceu Russo.
Marie trabalhando em seu laboratório
Marie Sklodowska foi a Paris (1891) e começou a seguir as aulas de Paul 
Appel, Gabriel Lippmann, e Edmond Bouty na Sorbonne. Encontrou-se com 
físicos que eram já conhecidos - Jean Perrin, Charles Maurain, e Aimé Cotton. 
Marie Sklodowska trabalhava durante a noite em seu simples quarto de estudante 
e literalmente viveu de pão com manteiga e chá. Primeiramente, licenciou-se 
em Ciências Físicas (1893), começou a trabalhar no laboratório de pesquisa de 
Lippmann. Em 1894, licenciou-se em Ciências Matemáticas. Foi na Primavera do 
mesmo ano que conheceu Pierre Curie. 
Sua união (25 de julho de 1895) marcou o começo de uma parceria que 
alcançou resultados significantes para o mundo, em particular a descoberta do 
Polônio (assim denominado por Maria em homenagem à Polônia) no verão de 
1898, e alguns meses mais tarde do Rádio. Depois da descoberta de Henri Becquerel 
(1896) de um fenômeno novo (que chamou mais tarde radioatividade), Marie 
Curie, procurando um assunto para uma tese, decidiu pesquisar se a propriedade 
descoberta no Urânio seria encontrada em outra matéria. Descobriu que sua 
proposição era verdadeira para o Tório ao mesmo tempo que G.C. Schmidt. 
Interessada nos minerais, sua atenção foi direcionada para a pech-blenda, 
um mineral cuja atividade, superior àquela do urânio puro, poderia somente ser 
explicada pela presença no minério de quantidades pequenas de uma substância 
desconhecida da atividade muito elevada. Pierre Curie juntou-se a Marie, então, 
no trabalho que tinha empreendido para resolver este problema. Este trabalho os 
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
141
conduziu à descoberta de novos elementos, Polônio e Rádio. Enquanto Pierre Curie 
se dedicou principalmente ao estudo físico das novas radiações, Marie empenhou-
se em obter o Rádio puro conseguido com a ajuda do químico A. Debierne, um dos 
pupilos de Pierre Curie. Como resultado destes trabalhos, Maria Curie recebeu 
seu Doutorado em Ciências em junho 1903 e, com Pierre, foi concedida a medalha 
de Davy da Royal Society. Também em 1903, compartilharam com o Becquerel o 
prêmio Nobel de Física pela descoberta da radioatividade.
O nascimento de suas duas filhas, Irene e Eve, em 1897 e 1904, 
respectivamente, não interrompeu o intenso trabalho científico de Marie. Foi 
nomeada professora de Física na École Normale Supérieure para meninas em 
Sévres (1900), onde introduziu um método do ensino baseado em demonstrações 
experimentais. Em dezembro 1904 foi denominada chefe assistente no laboratório 
dirigido por Pierre Curie. 
A morte repentina de Pierre Curie (19 de abril de 1906) era um sopro 
amargo para Marie, mas foi também um ponto de mudança em sua carreira. 
Desse momento em diante deveria dedicar toda sua energia para terminar 
sozinha o trabalho científico que tinham empreendido. Em 13 de maio de 1906, foi 
denominada para o cargo de professora que tinha sido deixado vago pela morte de 
seu marido; era a primeira mulher a ensinar no Sorbonne. 
Em 1908, transformou-se em Professora titular e, em 1910, seu tratado 
fundamental de radioatividade foi publicado. Em 1911, foi concedido o prêmio 
Nobel de Química pelo isolamento do Rádio puro. Em 1914 viu a conclusão do 
edifício dos laboratórios do Instituto do Rádio (Institut du Radium) na Universidade 
de Paris.
Durante a Primeira Guerra Mundial, Marie Curie, com a ajuda de sua filha 
Irene, dedicou-se ao desenvolvimento do uso do raio X. Em 1918, o Instituto do 
Rádio começou a funcionar completamente, o qual viria a se transformar num 
centro universal para a Física e a Química nucleares. Marie Curie estava agora 
no auge da fama, e, em 1922, como membro da Academia da Medicina, dedicou 
suas pesquisas ao estudo da química de substâncias radioativas e das aplicações 
médicas destas substâncias. 
Em 1921, acompanhada por suas duas filhas, Marie Curie fez uma viagem 
triunfante aos Estados Unidos. Lecionou convidada na Bélgica, no Brasil, na 
Espanha, e na Tchecoslováquia. Foi membro da Comissão Internacional de 
Cooperação Intelectual pelo Conselho da Liga das Nações. Além disso, teve a 
satisfação de ver a Fundação Curie de Paris desenvolver e inaugurar o Instituto do 
Rádio, em Varsóvia, em 1932.
Em 4 de julho de 1934, perto de Sallanches (França), Marie Sklodowska-
Curie faleceu de leucemia, como consequência de sua exposição ao Rádio, o mesmo 
que a fez famosa. O reconhecimento póstumo de Marie Sklodowska-Curie, talvez 
o mais importante, em 1995, o governo francês transferiu suas cinzas, junto às de 
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
142
Pierre, ao Pantheon em Paris, fazendo-lhe a única mulher a ser reconhecida desta 
maneira por suas próprias realizações.
Marie Curie e Albert Einstein
Considerações Finais
Uma das realizações proeminentes de Marie Slodowska-Curie foi ter 
compreendido a necessidade de acumular fontes radioativas intensas, não 
somente para o tratamento da doença mas manter tambémuma fonte abundante 
para a pesquisa na física nuclear; o estoque resultante era um instrumento único 
até o surgimento após 1930 de aceleradores da partícula. A existência em Paris 
do Instituto do Rádio foi uma contribuição decisiva ao sucesso das experiências 
empreendidas nos anos ao redor 1930 e, em particular, daqueles executados por 
Irene Curie conjuntamente com Frederic Joliot, com quem tinha se casado em 1926. 
Este trabalho preparou o caminho para a descoberta do nêutron por Sir. James 
Chadwick e, sobretudo, a descoberta em 1934 por Irene e Frederic Joliot-Curie da 
radioatividade artificial. Alguns meses depois desta descoberta morreu Marie Curie 
em consequência da leucemia, causada pela ação da radiação. Sua contribuição à 
física tinha sido imensa, não somente nos seus próprios trabalhos, mas também 
as descobertas que foram realizadas posteriormente. A sua importância foi 
demonstrada pela concessão de dois prêmios Nobel, além de sua influência em 
gerações subsequentes de físicos e de químicos nucleares.
Albert Einstein disse uma vez sobre ela: "Marie Curie é, de todos os seres 
comemorados, esse quem a fama não tem corrompido” (Madame Curie por Irene Curie, 
1937).
Citações de Marie Sklodowska-Curie: 
“Um cientista em seu laboratório não é um mero técnico: é também uma criança 
que confronta os fenômenos naturais que o impressionam como faziam os contos de fada”. 
“A vida não é fácil para nenhum de nós. Mas e daí? Nós devemos ter perseverança 
e, sobretudo, confiança em nós. Devemos acreditar que nós seremos agraciados por algo e 
que esta coisa deve ser alcançada”.
“Nada na vida deve ser temido. Deve ser compreendida somente”. 
TÓPICO 1 | TEORIA ATÔMICA E RADIOATIVIDADE
143
“Nunca observe o que foi feito; veja somente o que permanece a ser feito”. 
“Um de nossos prazeres deveria ser entrar em nossas oficinas à noite; então, tudo 
em torno de nós, nós veríamos as silhuetas iluminadas dos béqueres e das cápsulas que 
contém nossos produtos”.
FONTE: Disponível em: <https://www.google.com.br/?gws_rd=ssl#q=historia+marie+curie.doc>. 
Acesso em: 4 mar. 2015.
144
Neste primeiro tópico, apresentamos:
• É possível que estejamos na aurora de uma nova era de fontes alternativas de 
energia, como a energia solar; mas a importância a médio prazo da energia 
nuclear convencional também deve ser considerada. 
• Opiniões prós e contra a energia nuclear são, algumas vezes, emitidas 
exclusivamente em bases emocionais. 
• Claramente, é necessário mais do que conhecimento tecnológico para se 
desenvolver uma política energética para esta primeira metade de século, mas 
esses fatores são não técnicos.
• Um tubo preenchido a vácuo (uma pressão de aproximadamente um milésimo 
da atmosférica) continha um cátodo negativo e um ânodo positivo e um copo 
coletor. 
• Uma diferença de tensão entre essas duas placas dá origem a um raio visível no 
interior do tubo, indo do cátodo para o ânodo, o que também faz o copo coletor 
se tornar negativamente carregado. 
• Esses raios eram emitidos do cátodo independentemente do material utilizado, 
levando J.J Thomson a concluir que todos os materiais contêm elétrons, nome 
dado a esses raios catódicos. 
• Thomson determinou a razão carga-massa do elétron. Ele concluiu que o elétron 
tem uma carga negativa e uma massa 1.837 vezes menor do que a de um átomo 
de hidrogênio.
• A descoberta da radioatividade também ajudou a tornar claro o fato de que o 
átomo não era uma partícula indivisível. 
• Durante a última parte do século XIX, como resultado do trabalho de Henri 
Becquerel e Marie e Pierre Curie, observou-se que vários elementos mais 
pesados encontrados na natureza, como Urânio e Rádio, emitem radiação 
espontaneamente. 
• Esses átomos eram “radiação-ativos” ou radioativos. Foi observado que três 
tipos de radiação são emitidos por esses elementos radioativos.
RESUMO DO TÓPICO 1
145
• Embora o termo cientificamente correto seja “massivo”, permite-se o termo 
“pesado”, que é de uso mais comum. Devemos nos atentar que isso se refere à 
massa do átomo e não ao seu peso, lembrando que peso (p)  p = m . g 
• Os nomes dados a esses três tipos distintos de radiação foram raios alfa, beta e 
gama.
• Os cientistas descobriram que os raios alfa são constituídos de partículas 
carregadas positivamente, os raios beta são partículas carregadas negativamente, 
de massa muito pequena, e os raios gama são semelhantes ao que conhecemos 
hoje como raios x.
• Também foi descoberto – para surpresa de muitos – que, após a emissão de 
radiação, o átomo radioativo original havia se transformado em um átomo 
completamente diferente quimicamente. 
• Ademais, a radiação de uma dada amostra não era afetada de forma alguma 
por nenhum processo físico ou químico, tal como mudança de temperatura ou 
composição química da substância.
• Experiências em anos recentes, realizadas nos grandes aceleradores de partículas, 
demostraram que o próton e o nêutron parecem ser compostos por partículas 
menores chamadas de quarks. 
• Esses quarks têm carga fracionada (ou mais ou menos 2/3 ou 1/3 da carga do 
elétron).
• Cada elemento químico tem seu próprio sistema de níveis de energia, de forma 
que as transições de elétrons dos estados excitados de volta aos estados de mais 
baixa energia resultam na emissão de energias únicas, com cores e características.
• Embora aparentemente exista apenas uma cor, a luz visível emitida por cada 
elemento é uma mistura de várias linhas de emissão. 
• Se a luz de um gás excitado é conduzida por uma fenda estreita e separada 
em suas cores diferentes por um prisma ou rede de difração, não veremos uma 
banda contínua de cores, mas um conjunto de linhas estreitas discretas.
• Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons, mas diferentes 
números de nêutrons e, portanto, massas diferentes. 
• Todos os isótopos de um elemento se comportam quimicamente de forma quase 
idêntica, porém, cada um deles apresenta propriedades nucleares diferentes. A 
maior parte dos elementos existentes na natureza tem, pelo menos, dois isótopos.
146
• Os autores referem-se a isótopos de uma substância. Na verdade, são os 
elementos químicos que têm isótopos, e não as substâncias.
• A existência de isótopos explica porque as massas atômicas de alguns elementos 
não são números inteiros. 
• Os elementos são misturas de isótopos em quantidades diferentes, pois os 
isótopos se comportam quimicamente de forma quase idêntica.
• Um nucleoide radioativo é aquele que sofre decaimento nuclear espontâneo, 
resultando na emissão de radiação nuclear na forma de partículas ou raios.
• As letras gregas alfa, beta e gama são dadas aos três tipos de radiação, 
caracterizadas por sua massa, tamanho e habilidade de penetrar na matéria.
• A meia vida de um isótopo é definida como o tempo necessário para que metade 
da quantidade original daquele isótopo decaia em outro elemento.
• Uma regra geral é que, após dez meias vidas se passarem, a quantidade 
remanescente de elemento inicial será bem pequena se comparada à quantidade 
original (aproximadamente 0,1%).
• Para conhecer mais sobre os tempos de meia vida dos elementos químicos, 
consultar a sua tabela periódica. Lá você encontrará o tempo de meia vida de 
cada elemento químico existente, bem como poderá reconhecer se ele é ou não 
radioativo.
• O número de átomos que se desintegram por segundo é atividade, e é emitido 
em unidades de becquerel (bq) ou curie (1 ci equivale, aproximadamente, ao 
número de desintegrações por segundo em 1 grama de rádio).
• As meias vidas dos radioisótopos podem ser utilizadas na datação radiométrica 
de materiais orgânicos e inorgânicos. 
• A datação por carbono radioativo tem sido muito importante na determinação 
de há quanto tempo uma fonte de amostras de material orgânico morreu. 
• O C14 radioativo é produzido na atmosfera superior por reações nucleares 
induzidas por raios gama de alta energia.
• A datação geológica de rochas deve utilizar radioisótoposcom meias vidas 
muito longas.
147
1 Após o estudo do Tópico 1, da Unidade 3, do seu Caderno de Estudos de 
Tecnologias Aplicadas, diferencie resumidamente os três tipos de radiação.
2 A radioatividade é um assunto muito polêmico, visto que a sua vasta 
aplicação pode ser tanto benéfica quanto maléfica aos homens, animais e 
plantas. Com relação à radioatividade, assinale a alternativa CORRETA:
a) ( ) Os elementos que não emitem radiação são chamados de radioisótopos.
b) ( ) O C14 é radioativo e pode ser usado na datação geológica e de 
 amostras orgânicas.
c) ( ) A meia vida equivale à metade da massa atômica dos elementos 
 químicos radioativos.
AUTOATIVIDADE
148
149
TÓPICO 2
APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Assim como as partículas carregadas provenientes de fontes radioativas 
ou de aceleradores, os nêutrons são bastante efetivos na formação de novos 
núcleos e em causar desintegrações nucleares. O uso de nêutrons tem a vantagem 
de que eles não carregam uma carga elétrica e, portanto, não sofrem nenhuma 
força de repulsão elétrica ao se aproximarem do núcleo. Porém, não existem fontes 
convenientes de nêutrons na natureza; eles têm de ser produzidos por reações 
nucleares com partículas carregadas, como deutério mais trítio ou hélio mais 
berílio. Estudos realizados na década de 1930 utilizaram nêutrons para criar novos 
produtos radioativos. Em 1939, foi feita uma descoberta que mudou o mundo. No 
decorrer do bombardeamento de urânio com nêutrons de baixa energia (lentos) – 
com a intenção de produzir um núcleo mais pesado -, uma pequena quantidade 
de bário, um elemento muito menos pesado do que o urânio, foi encontrada no 
produto. Logo percebeu-se que uma parte do urânio havia sido dividida. A divisão 
do isótopo de urânio-235 produziu dois produtos mais leves, bário e criptônio. A 
energia é liberada nesse processo e levada pelos produtos. A perda de massa entre 
os núcleos produzidos e os reagentes é convertida em energia (HINRICHS, 2013).
Outra característica importante da reação de fissão é que há emissão de nêutrons 
adicionais que podem ser utilizados para causar a fissão de átomos vizinhos de urânio, 
liberando mais nêutrons para causar novas fissões com liberação de energia, e assim 
por diante. Esta “reação em cadeia” supera o problema da baixa probabilidade de 
ocorrência de outras reações nucleares. Pode-se romper praticamente qualquer núcleo 
ao bombardeá-lo com um projétil de energia suficiente, utilizando-se um acelerador. 
Porém, uma característica interessante da reação do urânio é que o urânio-235 pode 
ser fissionado pela adição de nêutrons de energia muito baixa. Isso não ocorre com 
nenhum outro isótopo de ocorrência natural (HINRICHS, 2013).
A fissão nuclear é um exemplo de transmutação em que a adição de um nêutron 
a um núcleo pesado leva à divisão desse núcleo em dois núcleos menos pesados.
IMPORTANT
E
150
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
FIGURA 44 - SUBMARINO NAUTILUS MOVIDO À ENERGIA NUCLEAR
A década de 1960 foi marcada por forte otimismo, e previa-se que a 
energia nuclear seria capaz de gerar eletricidade barata, comparada à obtida de 
carvão e petróleo. Também acredita-se que ela seria o substituto ideal para as 
fontes de petróleo e gás natural que estavam se esgotando, e considerava-se que 
havia poucos problemas ambientais associados a ela. Porém, na década de 1970, 
aumentou a inquietação quanto à segurança da energia nuclear. Embora muitos 
FONTE: Disponível em: <http://www.dw.de/image/0,,1034921_4,00.jpg>. 
Acesso em: 5 mar. 2015.
A primeira “reação em cadeia” autossustentada foi produzida em 1942, 
em um pequeno reator construído na Universidade de Chicago. Para se construir 
uma bomba, eram necessárias quantidades substanciais de urânio-235 ou 
plutônio-239; portanto, métodos para a sua produção foram desenvolvidos no 
início da década de 1940. Um reator nuclear era usado para produzir o Pu239 físsil, 
enquanto métodos físicos complexos eram utilizados na separação do isótopo de 
urânio-235 do urânio natural. A “bomba-A” lançada sobre Hiroshima utilizou 
urânio-235 quase puro, ao passo que o plutônio foi utilizado na bomba lançada 
sobre Nagasaki. Após a guerra, muitas pessoas pensavam que o uso da energia 
nuclear para fins pacíficos representaria a base de uma economia dependente de 
energia. De fato, métodos para produzir combustíveis físseis adicionais, e que a 
tecnologia estava disponível. O reator da Universidade de Chicago serviu com 
um protótipo para o desenvolvimento de grandes reatores e, em 1951, a primeira 
eletricidade foi gerada por um reator chamado “Experimental Breeder Reactor”, 
próximo a Detroit. Desenvolvimentos adicionais ocorreram em várias frentes. Em 
1953, foi construído o submarino Nautilus, movido à energia nuclear, e, em 1957, 
o primeiro reator a produzir eletricidade comercialmente teve sua construção 
finalizada em Shippingport, Pensilvânia (HINRICHS, 2013).
Na figura a seguir, temos a imagem do submarino Nautilus.
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
151
dos temores fossem infundados, numerosos protestos cercaram a construção de 
usinas nucleares. Então, em março de 1979, o primeiro grande acidente em uma 
usina comercial americana ocorreu no reator de Three Mile Island, próximo de 
Harrisburg, Pensilvânia. Mesmo que ninguém tenha morrido e os sistemas de 
segurança do reator tenham funcionado, milhares de pessoas foram evacuadas, 
e até os especialistas não tiveram certeza, por vários dias após o evento inicial, se 
haveria uma liberação maciça de material radioativo (HINRICHS, 2013).
Sabe-se que com o passar dos anos outros acidentes envolvendo usinas 
nucleares e materiais radioativos ocorreram, o último, por exemplo, foi em 2011, 
em Fukushima, Japão.
2 REAÇÕES EM CADEIA
Qualquer núcleo pode ser “esmagado” ou rompido quando for bombardeado 
com um núcleo de energia suficiente alta. Entretanto, apenas alguns poucos isótopos 
de ocorrência natural vão sofrer fissão com a absorção de um nêutron de baixa 
energia. O mais comum desses isótopos é o urânio 235, que constitui apenas 0,7% 
do urânio natural. Sua captura de um nêutron lento (energia cinética de 0,025 eV) 
para formar o urânio 236 que fornece energia suficiente para que o núcleo se divida 
em dois isótopos de massas diferentes. O urânio 238 não sofre fissão a menos que 
capture nêutrons com energias superiores a 1 MeV, e ainda assim a probabilidade 
de fissão (chamada de seção de corte de fissão) é 2 mil vezes menor do que para o 
urânio 235 com nêutrons de baixa energia. Consequentemente, somente o isótopo de 
urânio 235 pode ser realisticamente considerado um combustível fissionável, sendo, 
então, chamado um material “físsil”. Repare na figura a seguir o processo de fissão 
da captura do nêutron até a fissão transcorrem aproximadamente 10-5 segundos.
FIGURA 45 - FISSÃO NUCLEAR DO URÂNIO
FONTE: Disponível em: <http://files.rd9centralelectrica.webnode.
pt/200000017-d4c5dd5bf9/Fiss%C3%A3o%20Nuclear.png>. Acesso em: 
6 mar. 2015.
152
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
2.1 CONTROLE DA REAÇÃO DE FISSÃO NUCLEAR EM CADEIA
Descoberta a grande fonte de energia no núcleo dos átomos e a forma de 
aproveitá-la, restava saber como controlar a reação em cadeia, que normalmente 
não pararia, até consumir quase todo o material físsil (= que sofre fissão nuclear), no 
caso o urânio- 235. Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio-235 resulta 
em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons, que irão fissionar outros tantos núcleos 
de urânio-235. A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação 
do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não 
pode haver reação de fissão em cadeia. Alguns elementos químicos, como o Boro, 
na forma de ácido bórico ou de metal, e o Cádmio, em barras metálicas, têm 
a propriedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter ainda 
um número de nêutrons superiorao existente em seu estado natural, resultando 
na formação de isótopos de Boro e de Cádmio. A grande aplicação do controle 
da reação de fissão nuclear em cadeia é nos reatores nucleares, para geração de 
energia elétrica (CARDOSO, 2015).
3 ENRIQUECIMENTO DO URÂNIO
O processo físico de retirada de urânio-238 do urânio natural, 
aumentando, em consequência, a concentração de urânio-235, é conhecido como 
enriquecimento de Urânio. Se o grau de enriquecimento for muito alto (acima de 
90%), isto é, se houver quase só urânio-235, pode ocorrer uma reação em cadeia 
muito rápida, de difícil controle, mesmo para uma quantidade relativamente 
pequena de urânio, passando a constituir-se em uma explosão: é a “bomba 
atômica”. Foram desenvolvidos vários processos de enriquecimento de urânio, 
entre eles o da Difusão Gasosa e da Ultracentrifugação (em escala industrial), o 
do Jato Centrífugo (em escala de demonstração industrial) e um processo a laser 
(em fase de pesquisa). Por se tratarem de tecnologias sofisticadas, os países que 
as detêm oferecem empecilhos para que outras nações tenham acesso a elas. 
Confira na figura a seguir o ciclo de enriquecimento de urânio.
Na realidade, em cada reação de fissão nuclear resultam, além dos núcleos 
menores, dois a três nêutrons, como consequência da absorção do nêutron que 
causou a fissão. Torna-se, então, possível que esses nêutrons atinjam outros núcleos 
de urânio-235, liberando muito calor. Tal processo é denominado reação de fissão 
nuclear em cadeia ou, simplesmente, reação em cadeia (CARDOSO, 2015).
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
153
FIGURA 46 - ENRIQUECIMENTO DE URÂNIO
FONTE: Disponível em: <http://duploclique.net/wp-content/uploads/2011/05/armazenar.
jpg>. Acesso em: 11 mar. 2015
A quantidade de urânio-235 na natureza é muito pequena: para 
cada 1.000 átomos de urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238 (a 
quantidade dos demais isótopos é desprezível). Para ser possível a ocorrência 
de uma reação de fissão nuclear em cadeia, é necessário haver quantidade 
suficiente de urânio-235, que é fissionado por nêutrons de qualquer energia, 
como já foi dito. Nos reatores nucleares do tipo PWR, é necessário haver a 
proporção de 32 átomos de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em 
cada grupo de 1.000 átomos de urânio, ou seja, 3,2% de urânio-235. O urânio 
encontrado na natureza precisa ser tratado industrialmente, com o objetivo de 
elevar a proporção (ou concentração) de urânio-235 para urânio-238, de 0,7% 
para 3,2%. Para isso, deve, primeiramente, ser purificado e convertido em gás 
(CARDOSO, 2015).
154
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
FIGURA 47 - REATOR NUCLEAR
FONTE: Disponível em: <http://oglobo.globo.com/fotos/2011/03/14/14_MAA_mun_usina-japao.
jpg>. Acesso em: 6 mar. 2015.
De uma forma simplificada, um Reator Nuclear é um equipamento onde 
se processa uma reação de fissão nuclear, assim como um reator químico é um 
equipamento onde se processa uma reação química. Um reator nuclear, para gerar 
energia elétrica é, na verdade, uma Central Térmica, onde a fonte de calor é o 
urânio-235, em vez de óleo combustível ou de carvão. É, portanto, uma Central 
Térmica Nuclear. A grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme 
quantidade de energia que pode ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco 
material usado (o urânio). (CARDOSO, 2015).
Veja na figura a seguir um reator nuclear à base de água pressurizada.
O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível nuclear, porque 
pode substituir o óleo ou o carvão, para gerar calor. Não há diferença entre a 
energia gerada por uma fonte convencional (hidroelétrica ou térmica) e a energia 
elétrica gerada por um Reator Nuclear (CARDOSO, 2015).
 
Confira na figura a seguir o funcionamento de um reator nuclear.
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
155
FIGURA 48 – REATOR NUCLEAR DE ÁGUA PRESSURIZADA
FONTE: Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/imagens/ensino/energ_nuc/reator_
pwr.gif>. Acesso em: 6 mar. 2015.
3.1 REATOR NUCLEAR X BOMBA ATÔMICA
A bomba (“atômica”) é feita para ser possível explodir, ou seja, a reação em 
cadeia deve ser rápida e a quantidade de urânio muito concentrada em urânio-235 
(quer dizer, urânio enriquecido acima de 90%) deve ser suficiente para a ocorrência 
rápida da reação. Além disso, toda a massa de urânio deve ficar junta, caso 
contrário não ocorrerá a reação em cadeia de forma explosiva. Um reator nuclear, 
para gerar energia elétrica, é construído de forma a ser impossível explodir como 
uma bomba atômica. Primeiro, porque a concentração de urânio-235 é muito baixa 
(cerca de 3,2%), não permitindo que a reação em cadeia se processe com rapidez 
suficiente para se transformar em explosão. Segundo, porque dentro do reator 
nuclear existem materiais absorvedores de nêutrons, que controlam e até acabam 
com a reação em cadeia, como na “parada” do reator (CARDOSO, 2015).
3.2 REATOR NUCLEAR BRASILEIRO EM ANGRA DOS REIS – RJ
Um reator nuclear do tipo do que foi construído (Angra 1) e do que está 
em fase de construção (Angra 2) é conhecido como PWR (Pressurized Water Reactor 
= Reator a Água Pressurizada), porque contém água sob alta pressão. O urânio, 
enriquecido a cerca de 3,2% em urânio-235, é colocado em forma de pastilhas 
de 1cm de diâmetro, dentro de tubos (“varetas”) de 4m de comprimento, feitos 
de uma liga especial de zircônio, denominada “zircalloy”. As varetas, contendo 
o urânio, conhecidas como Varetas de Combustível, são montadas em feixes, 
156
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
numa estrutura denominada ELEMENTO COMBUSTÍVEL. As varetas são 
fechadas, com o objetivo de não deixar escapar o material nelas contido (o urânio 
e os elementos resultantes da fissão) e podem suportar altas temperaturas. Os 
elementos resultantes da fissão nuclear (produtos de fissão ou fragmentos da 
fissão) são radioativos, isto é, emitem radiações e, por isso, devem ficar retidos no 
interior do reator (CARDOSO, 2015).
A vareta de combustível é a primeira barreira que serve para impedir a saída de 
material radioativo para o meio ambiente.
3.3 SEGURANÇA NOS REATORES NUCLEARES
Apesar de um reator nuclear não poder explodir como uma bomba atômica, 
isso não quer dizer que não seja possível ocorrer um acidente em uma Central 
Nuclear. Por esse motivo, a construção de uma usina nuclear envolve vários 
aspectos de segurança, desde a fase de projeto até a construção civil, montagem dos 
equipamentos e operação. O perigo potencial na operação dos reatores nucleares 
é representado pela alta radioatividade dos produtos da fissão do urânio e sua 
liberação para o meio ambiente. A filosofia de segurança dos reatores nucleares 
é dirigida no sentido de que as usinas nucleares sejam projetadas, construídas e 
operadas com os mais elevados padrões de qualidade e que tenham condições 
de alta confiabilidade. As barreiras físicas citadas constituem um Sistema 
Passivo de Segurança, isto é, atuam independentemente de qualquer ação. Para 
a operação do reator, sistemas de segurança são projetados para atuar, inclusive 
de forma redundante: na falha de algum deles, outro sistema, no mínimo, atuará, 
comandando, se for o caso, a parada do reator. Um acidente é considerado nuclear 
quando envolve uma reação nuclear ou equipamento onde se processe uma reação 
nuclear (CARDOSO, 2015).
Na fase de projeto, são imaginados diversos acidentes que poderiam ocorrer 
em um reator nuclear, assim como a forma de contorná-los, por ação humana ou, em 
última instância, por intervenção automática dos sistemas de segurança projetados 
com essa finalidade. São, ainda, avaliadas as consequências em relação aos 
equipamentos, à estrutura interna do reator e, principalmente, em relação ao meio 
ambiente. Fenômenos da natureza, como tempestades, vendavais e terremotos, e 
outros fatores de risco, como queda de avião e sabotagem, são também levados 
em consideração no dimensionamento e no cálculodas estruturas. Um rigoroso 
controle da qualidade garante que estruturas, sistemas e componentes relacionados 
com a segurança mantenham os padrões de qualidade especificados no projeto. 
Inspeções e auditorias são feitas continuamente durante o projeto e a construção 
IMPORTANT
E
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
157
e, posteriormente, durante a operação. A complexidade e as particularidades de 
uma usina nuclear exigem uma preparação adequada do pessoal que irá operá-la. 
Existe em Mambucaba, município de Angra dos Reis, um Centro de Treinamento 
para operadores de Centrais Nucleares, que é uma “reprodução” das salas de 
controle de reatores do tipo de Angra 1 e 2, capaz de simular todas as operações 
dessas usinas, inclusive a atuação dos sistemas de segurança. Para se ter uma ideia 
do padrão dos serviços prestados por esse Centro, conhecido como Simulador, 
deve-se ressaltar que nele foram e ainda são treinados operadores para reatores 
da Espanha, Argentina e Alemanha, responsável pelo projeto e montagem do 
Centro. Os instrutores são todos brasileiros que, periodicamente, fazem estágios 
em reatores alemães para atualização de conhecimentos e introdução de novas 
experiências nos cursos ministrados. O projeto de uma usina nuclear é fiscalizado 
e analisado, passo a passo, por uma equipe diferente da que o elaborou: o Órgão 
Fiscalizador. Da mesma forma, a construção é fiscalizada e auditada por equipes 
do Órgão Fiscalizador que não foram envolvidas direta ou indiretamente na obra 
(CARDOSO, 2015).
Observe na figura a seguir o símbolo da presença de radiação. Esse símbolo 
deve ser respeitado, e não temido. Trata-se da presença de radiação acima dos valores 
encontrados no meio ambiente, uma vez que a radiação está presente em qualquer 
lugar do planeta, como o sol, que emite diariamente radiações UVA, UVB e UVC.
FIGURA 49 - SÍMBOLO DA PRESENÇA DE RADIAÇÃO
FONTE: Disponível em: <http://lh5.ggpht.com/_ApTguaIKmRw/
TMAxzOyAYpI/AAAAAAAAAgM/t_2byMo8rBk/simbolo_
thumb%5B1%5D.png?imgmax=800>. Acesso em: 6 mar. 2015.
A energia nuclear fornece aproximadamente 20% da eletricidade gerada 
nos Estados Unidos. Uma usina nuclear utiliza urânio enriquecido a 3% de urânio 
235. O calor liberado durante a fissão do urânio 235 é removido pela água do reator. 
Em um reator, a água pressurizada (PWR), a água em contato com o combustível, 
permanece na fase líquida e transfere energia através de um trocador de calor para 
ferver água, que é usada no gerador a turbina. Se a circulação dessa água através 
do núcleo for interrompida, como em um Acidente com Perda de Refrigeração 
(Loca), pode ocorrer o superaquecimento do núcleo. Um sistema de emergência 
de resfriamento do núcleo (ECCS) é projetado para fornecer água sobressalente no 
158
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
caso de tal emergência. Uma preocupação com a energia nuclear diz respeito ao 
descarte do resíduo radioativo de alto teor. Alta atividade e meias vidas longas 
fazem com que o aterro isolado por milhares de anos seja importante. O aterro 
em formações geológicas estáveis parece ser a escolha da maioria dos países. 
Somada a esta questão, e à que diz respeito à economia da energia nuclear, a 
percepção dos riscos da energia nuclear está sempre presente. Falhas humanas e 
fatores técnicos estão envolvidos nessa questão. Preocupações com o aquecimento 
global e os custos de construção reduzidos, possibilitados pela adoção de projetos 
mais genéricos e pela facilitação dos procedimentos de obtenção de licenças de 
funcionamento, podem fazer com que a indústria nuclear entre novamente em 
expansão, mas o mais provável é que fatores econômicos e a desativação de usinas 
envelhecidas reduzam a contribuição da energia nuclear pela metade nas próximas 
duas décadas (HINRICHS, 2013).
LEITURA COMPLEMENTAR
A ENERGIA NUCLEAR: FISSÃO E FUSÃO
L. MONDAINI
Instituto de Física, Universidade do Brasil
(Abril, 2001)
 
A energia nuclear representa um dos maiores dilemas que a humanidade 
terá de enfrentar no século XXI. Precisamos de cada vez mais energia para sustentar 
nosso desenvolvimento e o núcleo do átomo é, sem dúvida, uma fonte poderosa e 
abundante. No entanto, os riscos inerentes às reações nucleares são muito grandes 
e piores ainda são as perspectivas de seu uso para fins militares ou de terrorismo. 
Falaremos aqui, basicamente, sobre as técnicas de obtenção de energia a partir de 
reações nucleares, mais especificamente, sobre a fusão e a fissão nuclear; além dos 
acidentes provocados pela radiação, a bomba atômica e a bomba de hidrogênio.
I – Fissão Nuclear
I.I – Introdução 
 
Alguns anos antes da Segunda Guerra Mundial, vários grupos 
de pesquisadores tentavam obter novos elementos químicos, com Z > 92, 
bombardeando o urânio com nêutrons. Em janeiro de 1939, os alemães Otto Hahn 
e Fritz Strassman anunciaram a presença de bário, lantânio e criptônio numa 
amostra de urânio bombardeada com nêutrons. Nos meses que se seguiram, esse 
processo passou a ser mais bem compreendido e chamado de fissão nuclear.
Basicamente, definimos a fissão nuclear da seguinte forma: Fissão Nuclear é 
o processo de quebra de núcleos grandes (pais) em núcleos menores (filhos), liberando uma 
grande quantidade de energia. 
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
159
O nêutron, ao atingir um núcleo de urânio, provoca sua quebra em dois 
núcleos menores e a liberação de mais nêutrons que, por sua vez, irão atingir 
outros núcleos e provocar novas quebras.
Como exemplo, temos o seguinte processo ocorrido em um núcleo com 
A ímpar:
235U + n → 148La + 87Br + n (1)
A energia do nêutron absorvido necessária para que ocorra a fissão é 1/40 
eV. Lembrando que sua energia é dada por E = kT; bastaria que tivéssemos T em 
torno de 300K (temperatura ambiente). 
Para que um processo equivalente ocorresse com um núcleo com A par 
como o 238U (mais estável), seria necessário que o nêutron absorvido tivesse uma 
energia de aproximadamente 2 MeV.
A energia liberada no processo de fissão deve-se ao fato de núcleos com A 
grande terem um valor da energia de ligação por nucleon (B/A) menor que núcleos 
com valores médios de A (A≈60), conforme verificado experimentalmente.
Supondo que B/A = 7,5 MeV para o núcleo pai e B/A = 8,4 MeV para núcleos 
filhos idênticos, teremos desta forma uma energia de 0,9 MeV/A liberada na fissão. 
Para o 235U temos: 
235. 0,9 = 211,5 ≈ 200 MeV (energia total liberada)
Para uma explicação qualitativa, e também quantitativa, do fenômeno de 
fissão nuclear baseado no modelo de gota líquida ver referência. 
 Devemos ainda ressaltar que existe a possibilidade de que ocorra uma 
reação em cadeia, análoga ao início de uma epidemia de gripe: uma pessoa 
transmite o vírus para duas, que o transmite para quatro, daí para oito, e assim por 
diante. Temos então que: Reação em cadeia é um conjunto de reações de fissão nuclear que 
se inicia, geralmente, pelo bombardeamento com nêutrons e que continua espontaneamente 
pela captação de nêutrons originados de fissões anteriores.
160
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
A reação em cadeia da fissão nuclear só conseguirá se manter se a massa 
do material físsil for superior a um certo valor característico chamado de massa 
crítica.
Se a massa físsil de urânio (massa de urânio que sofre fissão) for muito 
pequena, os nêutrons não serão captados por outros núcleos de urânio e a reação 
não terá continuidade. Portanto, definimos assim a chamada massa crítica: Massa 
crítica é a massa mínima da substância físsil que ainda possibilita a ocorrência de uma 
reação em cadeia. 
A velocidade de uma reação em cadeia pode ser de dois tipos: não 
controlada e controlada. No primeiro caso, a reação ocorre muito rapidamente 
(em menos de 1 segundo), liberando enorme quantidade de energia. É o que 
acontece, por exemplo, na explosão da bomba atômica. No segundo caso, a reação 
é controlada pelos chamados reatores de fissão nuclear, o quepermite aproveitar a 
energia liberada e evitar explosões.
Vamos demonstrar agora a eficiência da exploração do fenômeno de fissão 
nuclear como fonte de energia:
Vimos que na fissão do 235U temos uma energia liberada de cerca de 200 
MeV. Considerando que 1g de 235U tem A0/A átomos (onde A0 é o número de 
Avogadro), ou seja (6.1023)/235 ≈ 3.1021 átomos, a fissão completa de 1g de 235U 
produzirá uma energia total de :
≈ 3.1021.3,2.10-11 J ≈ 1011 J 1 MWD
Para efeito comparativo, lembremos que 1 ton de carvão produz 0,36 
MWD; logo 1g de 235U completamente fissionado produz ≈ 3. 106 mais energia que 
1g de carvão!
I.II – Usinas Nucleares
Antes mesmo de se construir a primeira bomba atômica, o italiano Enrico 
Fermi e sua equipe já haviam construído, em 1942, na universidade de Chicago, o 
primeiro reator nuclear. Esse reator tinha a finalidade de executar em laboratório 
a fissão nuclear para que se pudesse compreendê-la melhor, a fim de aproveitá-la 
como fonte de energia. 
A versão moderna do reator de Fermi são as usinas nucleares, onde a 
fissão nuclear ocorre de modo controlado e a energia liberada é aproveitada para 
a produção de energia elétrica. 
O calor liberado na fissão aquece a água, mantida a alta pressão. Esta, 
por sua vez, aquece uma outra porção de água que entra em ebulição. O vapor 
produzido gira a turbina, cujo eixo se liga a um gerador elétrico, o qual, por sua 
vez, transforma a energia do movimento em energia elétrica. 
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
161
Os principais componentes de um reator nuclear são: 
• Material físsil, que pode ser urânio-235 (natural), urânio-233 ou plutônio-239 
(artificiais). 
• Fluido trocador de calor, que, no caso da Usina de Angra, é a água.
• Moderador (grafite ou água), que serve para diminuir a velocidade dos nêutrons, 
o que torna a reação possível (nêutrons rápidos não são eficientes para provocar 
a fissão). 
• Barras de controle (cádmio ou boro), que absorvem nêutrons e servem para 
evitar que a reação saia do controle, superaquecendo o reator. 
I.III – Lixo Nuclear
Lixo nuclear é todo resíduo resultante da utilização de elementos e 
substâncias químicas radioativas, que são aqueles formados por radioativos ou 
radionuclídeos. Consideram-se lixo nuclear as sobras de materiais radioativos que 
não mais serão utilizados e tudo o que estiver contaminado por eles: 
• os resíduos de mineração; 
• os resíduos da preparação dessas substâncias químicas radioativas; 
• o encanamento por onde elas passaram; 
• as vestimentas moderadamente impregnadas de radioatividade usadas pelos 
trabalhadores. 
Enfim, tudo o que entra em contato com material radioativo e o próprio 
material radioativo que não for mais útil é considerado como sendo lixo nuclear. 
Nos produtos da fissão do urânio-235 já foram identificados mais de duzentos 
isótopos pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem radiações 
alfa, beta e gama, representando um risco à população e necessitando, portanto, 
serem armazenados em recipientes de chumbo e/ou concreto e guardados em locais 
seguros por tempo suficiente para que a radiação caia a níveis não prejudiciais. 
Dentre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear, podemos destacar três 
bastante perigosos para o ser humano:
 
• estrôncio-90;
• iodo-131;
• césio-137. 
I.IV – Acidentes com Usinas Nucleares
O ACIDENTE DE CHERNOBYL
Na manhã de 26 de abril de 1986, como resultado de uma série de falhas 
de engenharia e controle, ocorreu um superaquecimento do reator número 4 da 
Usina Nuclear de Chernobyl, próximo à cidade de Kiev, na Ucrânia (ex-URSS). 
O superaquecimento provocou uma explosão que deslocou a tampa do reator, 
de duas mil toneladas, lançando na atmosfera uma nuvem contendo isótopos 
162
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
radioativos. Tal nuvem subiu até cerca de 5 km de altitude e se alastrou por vários 
países da Europa, sendo detectada a muitos quilômetros de distância. Esse foi o 
mais grave acidente nuclear da história.
Muitos dos operários e bombeiros que tentaram apagar o incêndio nas 
instalações morreram pouco depois, por terem sido expostos à radiação. O fogo 
só foi controlado quando helicópteros jogaram cinco mil toneladas de areia no 
topo do reator. Controlado o perigo mais imediato, veículos-robôs foram usados 
na tentativa de limpar a usina e eliminar os resíduos radioativos. Esses robôs 
apresentaram falhas de funcionamento, provalvemente devido aos altos níveis 
de radiação no local. Finalmente, homens foram enviados para fazer tal limpeza 
(muitos deles também morreram). Mais de 115 mil pessoas foram evacuadas das 
regiões vizinhas.
Ucrânia e Bielorrússia (atual Bielarus) enfrentam problemas a longo prazo. 
Muitos dos seus habitantes não podem beber água do local ou ingerir vegetais, 
carne e leite ali produzidos. Cerca de 20% do solo agricultável e 15% das florestas 
de Belarus não poderão ser ocupados por mais de um século devido aos altos 
índices de radioatividade.
Especialistas estimam que oito mil ucranianos já morreram como 
consequência da tragédia. Há previsões de que até dezessete mil pessoas poderão 
morrer de câncer nos próximos setenta anos devido à radiação espalhada no 
acidente.
Veja a seguir o noticiário do fechamento da usina:
[15 Dez.] BRASÍLIA – A partir desta sexta-feira a usina nuclear de Chernobyl 
está sendo definitivamente desativada. Em entrevista à Radiobrás, o ministro-conselheiro 
e encarregado de negócios da embaixada da Ucrânia em Brasília, Rostyslav Tronenko, 
acrescentou que o trabalho de fechamento deve estar concluído em 2008. "Os especialistas 
sabem que a desativação de uma usina não é como desligar a luz de um quarto. Vai durar 
anos". 
Uma usina nuclear é considerada fechada depois que todo combustível usado for 
removido do local. A principal tarefa agora é garantir o isolamento seguro dos resíduos 
radioativos. Segundo Tronenko, nenhum motivo novo ocasionou a decisão pelo fechamento. 
"Após o acidente ocorrido em abril de 1986, a usina passou a ser vigiada pela comunidade 
mundial, e a decisão do presidente da Ucrânia era uma atitude longamente esperada", 
declarou.
"O governo está ciente de que terá que resolver vários problemas", reconheceu 
o diplomata ucraniano. O primeiro, de caráter socioeconômico, é a garantia de emprego 
dos trabalhadores de Chernobyl e o sustento das 22 mil pessoas, entre funcionários e seus 
familiares, que dependiam da usina. No ano passado ela estava entre as três maiores do 
mundo, produzindo 5% da energia gasta na Ucrânia.
TÓPICO 2 | APLICAÇÕES DA FISSÃO NUCLEAR
163
I.V – A bomba atômica
Com o início da Segunda Guerra Mundial, os interesses sobre fissão 
nuclear aumentaram graças à grande quantidade de energia que é liberada. Assim, 
um grupo de cientistas liderados por J. Robert Oppenheimer, trabalhando no 
laboratório de Los Álamos (Novo México, Estados Unidos), conseguiu construir a 
bomba de fissão ou bomba atômica (bomba A), testada na manhã de 16 de julho de 
1945, no deserto do Novo México.
Alguns dias depois (6 de agosto de 1945), uma bomba atômica baseada na 
fissão do urânio-235, batizada de 'Little Boy' (pequeno menino), foi detonada sobre 
a cidade japonesa de Hiroshima.
Três dias depois, uma outra bomba atômica, desta vez baseada na fissão do 
plutônio-239, batizada de 'Fat Man' (homem gordo), explodiria sobre Nagasaki. 
Em 14 de agosto de 1945, os japoneses se renderam. Foi através dessa lamentável 
demonstração que o mundo tomou conhecimento da enorme quantidade de 
energia que se encontra armazenada no núcleo do átomo.
A primeira bomba atômica, testada em 16 de julho de 1945, possuia 
12 quilotoms. Por definição, 1 quiloton equivale ao poder de mil toneladas de 
dinamite. Cada uma das bombas detonadas no Japão correspondia a cerca de 20 
quilotons. Aproximadamente, 71 mil pessoas foram mortas instantaneamente 
em Hiroshima. As mortes nos cinco anos subsequentes, devidas à exposição à 
radiação, são estimadas em 200mil. Quase 98% das construções de Hiroshima 
foram destruídas ou seriamente danificadas. Em Nagasaki, algo em torno de 74 
mil pessoas morreram na explosão, que arrasou 47% da cidade.
II – Fusão Nuclear
II.I – Introdução 
Basicamente, podemos definir a fusão nuclear da seguinte forma: Fusão 
nuclear é a junção de núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando uma 
quantidade muito grande de energia. 
Para ocorrer fusão nuclear é necessária uma temperatura muito elevada, pelo 
menos da ordem de 10 milhões de graus Celsius. O sol é uma imensa bola de hidrogênio, 
onde a temperatura é suficiente para que ocorra a fusão dos átomos de hidrogênio, 
formando átomos mais pesados e liberando a energia que chega até nós na forma de luz 
e calor. Uma das reações que acontecem no sol é: Um átomo de se funde com um átomo 
de , formando um átomo de hélio e liberando grande quantidade de energia.
A energia liberada na reação de fusão é bem maior que na fissão nuclear. 
Aproveitar a energia da fusão nuclear em usinas seria extremamente vantajoso, pois 
o hidrogênio pode ser obtido a partir da água do mar a baixo custo, o rendimento 
energético da fusão é alto e o lixo resultante é bem menos perigoso que o lixo da 
fissão, contendo apenas um radioativo, o trítio.
164
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
Dentre os processos de fusão nuclear já realizados em laboratório estão:
2H + 3H → 4He + n + 17,6 MeV (2)
2H + 2H → 3He + n + 3,2 MeV (3)
2H + 2H → 3H + 1H + 4,0 MeV (4)
II.II – A bomba de hidrogênio
A bomba de hidrogênio é um processo de fusão nuclear, onde núcleos 
menores se fundem para formar um átomo de hélio. Para que a bomba de 
hidrogênio exploda, é necessária uma temperatura altíssima, que no caso é obtida 
com a explosão de uma bomba atômica. Já se realizaram testes com a bomba de 
hidrogênio no pacífico, onde se descrobriu o poder de destruição desta arma. 
III - Referências
[1] - DAS, A; FERBEL, T. Introduction to Nuclear and Particle Physics. Ed. Wiley.
[2] - HALLIDAY, RESNICK, WALKER. Fundamentals of Physics Extended. 5. ed. Ed. 
Wiley.
[3] - <http://library.thinkquest.org/17940/>
[4] – <http://www.lbl.gov/abc/>
FONTE: MONDAINI, L. Instituto de Física, Universidade do Brasil. Abril 2001. Disponível em: 
<http://www.if.ufrj.br/~barreto/leonardo.doc>. Acesso em: 24 fev. 2015.
165
Neste segundo tópico, apresentamos:
• Assim como as partículas carregadas provenientes de fontes radioativas ou de 
aceleradores, os nêutrons são bastante efetivos na formação de novos núcleos e 
em causar desintegrações nucleares.
• A divisão do isótopo de urânio-235 produziu dois produtos mais leves, bário e 
criptônio. 
• A energia é liberada nesse processo e levada pelos produtos. A perda de massa 
entre os núcleos produzidos e os reagentes é convertida em energia.
• Outra característica importante da reação de fissão é que há emissão de nêutrons 
adicionais que podem ser utilizados para causar a fissão de átomos vizinhos 
de urânio, liberando mais nêutrons para causar novas fissões com liberação de 
energia, e assim por diante. 
• Esta “reação em cadeia” supera o problema da baixa probabilidade de ocorrência 
de outras reações nucleares. 
• Pode-se romper praticamente qualquer núcleo ao bombardeá-lo com um projétil 
de energia suficiente, utilizando-se um acelerador.
• A fissão nuclear é um exemplo de transmutação em que a adição de um nêutron 
a um núcleo pesado leva à divisão desse núcleo em dois núcleos menos pesados.
• A década de 1960 foi marcada por forte otimismo, e previa-se que a energia 
nuclear seria capaz de gerar eletricidade barata, comparada à obtida de carvão 
e petróleo. Também acredita-se que ela seria o substituto ideal para as fontes 
de petróleo e gás natural que estavam se esgotando, e se considerava que havia 
poucos problemas ambientais associados a ela.
• Na realidade, em cada reação de fissão nuclear resultam, além dos núcleos menores, 
dois a três nêutrons, como consequência da absorção do nêutron que causou a fissão.
• A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação do agente 
causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não pode 
haver reação de fissão em cadeia.
• A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos 
reatores nucleares, para geração de energia elétrica.
RESUMO DO TÓPICO 2
166
• O processo físico de retirada de urânio-238 do urânio natural, aumentando, em 
consequência, a concentração de urânio-235, é conhecido como Enriquecimento 
de Urânio.
• O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível nuclear, porque pode 
substituir o óleo ou o carvão para gerar calor. 
• Não há diferença entre a energia gerada por uma fonte convencional (hidroelétrica 
ou térmica) e a energia elétrica gerada por um reator nuclear.
• De uma forma simplificada, um reator nuclear é um equipamento no qual se 
processa uma reação de fissão nuclear, assim como um reator químico é um 
equipamento no qual se processa uma reação química. 
• Um reator nuclear para gerar energia elétrica é, na verdade, uma Central Térmica, 
onde a fonte de calor é o urânio-235, em vez de óleo combustível ou de carvão.
• A grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme quantidade 
de energia que pode ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco material 
usado (o urânio).
• A bomba (“atômica”) é feita para ser possível explodir, ou seja, a reação em cadeia 
deve ser rápida e a quantidade de urânio muito concentrado em urânio-235 (quer 
dizer, urânio enriquecido acima de 90%) deve ser suficiente para a ocorrência 
rápida da reação.
• A vareta de combustível é a primeira barreira que serve para impedir a saída de 
material radioativo para o meio ambiente.
• A construção de uma Usina Nuclear envolve vários aspectos de segurança, desde 
a fase de projeto até a construção civil, montagem dos equipamentos e operação. 
• O perigo potencial na operação dos reatores nucleares é representado pela alta 
radioatividade dos produtos da fissão do urânio e sua liberação para o meio 
ambiente.
• Um acidente é considerado nuclear quando envolve uma reação nuclear ou 
equipamento onde se processe uma reação nuclear.
• A energia nuclear fornece aproximadamente 20% da eletricidade gerada nos 
Estados Unidos. 
• Uma usina nuclear utiliza urânio enriquecido a 3% de urânio 235. O calor 
liberado durante a fissão do urânio 235 é removido pela água do reator.
• Em um reator, a água pressurizada (PWR), a água em contato com o combustível, 
permanece na fase líquida e transfere energia através de um trocador de calor 
para ferver água, que é usada no gerador a turbina.
167
• Uma preocupação com a energia nuclear diz respeito ao descarte do resíduo 
radioativo de alto teor. 
• Alta atividade e meias-vidas longas fazem com que o aterro isolado por milhares 
de anos seja importante. O aterro em formações geológicas estáveis parece ser a 
escolha da maioria dos países.
168
AUTOATIVIDADE
1 A partir dos estudos realizados no Tópico 2, da Unidade 3, do nosso Caderno 
de Estudos de Tecnologias Aplicadas, explique a função de um reator atômico.
2 Infelizmente, o conhecimento popular quanto ao uso de energia nuclear 
é equivocado. As pessoas logo pensam em bombas atômicas e guerras 
mundiais, porém se esquecem da grande fonte de energia renovável que 
pode ser explorada em um futuro bem próximo. Com relação à energia 
nuclear, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas:
( ) A radioatividade é uma fonte de alto potencial energético.
( ) A fissão nuclear é o processo de quebra do núcleo atômico.
( ) A aplicação da energia nuclear não gera resíduos perigosos.
169
TÓPICO 3
APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Definida de diferentes formas, considerada parte da ciência e da filosofia, 
sendo levada a conceitos de Moral, ou como explicação última da Razão, a Ética é 
um dos grandes colimadores do que se conhece por Leis Naturais, e vem sofrendo,principalmente a partir da Segunda Guerra Mundial, um escoamento em seus 
princípios, pois os valores primeiros que condizem com os anseios superiores do ser 
humano estão sendo gradativamente derrubados ou transpostos pela transformação 
do homem em indivíduo (aquilo que é dividido de tudo não sendo de si mesmo), 
não mais existindo o conceito de pessoa humana. Em 1987, o mundo consumiu 
44% menos energia que se houvesse mantido o mesmo ritmo de crescimento de 
demanda de 1973 (Revista Home Energy). Nestas últimas décadas, os países 
ricos consumiram uma boa parcela de sua energia na elaboração de insumos e 
equipamentos bélicos. O Brasil, através de projeto de um dos segmentos das Forças 
Armadas, tentou utilizar a energia nuclear com outros fins que não os pacíficos. 
Ações civis consideradas ganhas são obrigatoriamente levadas à segunda instância 
pelo Estado, simplesmente porque a lei assim o determina, dispendendo tempo e, 
principalmente, energia dos interessados, para obter resultados já posicionados. 
As afirmações colocadas acima poderão ser, mesmo nos dias atuais, onde a Ética 
não tem sido valorizada, consideradas éticas? Infelizmente, a ciência e a técnica, 
principalmente nos últimos cinquenta anos, se expandiram em detrimento do 
marasmo com que estão caminhando a Moral e a Ética (FINOTTI, 1994). 
A um poder extraordinariamente desenvolvido, teria de corresponder 
um senso ético altamente agudo. Do contrário seremos temerariamente 
tentados a pôr em movimento uma força esmagadora a serviço de 
vontades delinquentes. A volúpia do querer mais dispende muito mais. 
O equilíbrio energético que a natureza por milênios vem aprimorando 
está sendo deslocado a bem de uma entropia que parecia sob controle. O 
comportamento humano ao despertar para o problema, o está fazendo 
de forma lenta e pouco produtiva, pondo sob suspeita os movimentos 
que procuram contornar os problemas energéticos (FINOTTI, 1994, p. 6). 
De acordo com Finotti (1994, p. 23),
A energia não é uma preocupação do Pesquisador ou do Engenheiro. 
É, antes de mais nada, a preocupação do ser humano e a solução dos 
problemas da humanidade. 
O questionamento da viabilidade da energia nuclear com os 
processos, equipamentos e sistemas de segurança conhecidos no 
momento está quase exclusivamente voltado ao aspecto da defesa 
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
170
ambiental, inclusive face aos acidentes ocorridos em algumas usinas, 
dos quais tomamos conhecimento. Acontece, no entanto, que outros 
questionamentos devem ser tornados públicos, tão importantes 
quanto aqueles ambientais, pois envolvem a economia, a demanda 
energética e fontes alternativas com conservação de energia, 
consequentemente, a melhoria da qualidade de vida na terra, o 
que representa solução ambiental dirigida também ao ser humano, 
pois é comum serem encontrados hoje, ‘ecologistas da moda’ com 
preocupação de se promoverem e/ou massagear o ego, esquecendo, 
nos seus discursos, o ser humano, ou quando muito, o colocando em 
posição distante das conclusões. Tais pessoas, grupos ou instituições, 
quase sempre amarradas a radicalismos inconsequentes, mais 
causam problemas ao meio ambiente, do que o auxiliam, colocando o 
ser humano sempre em segundo plano, nada fazendo para melhorar 
realmente a condição ambiental, através de um trabalho de mudança 
de comportamento. Normalmente, questionam os gases emitidos 
pelos escapamentos de veículos automotores, no entanto, não deixam 
de lado seus automóveis a qualquer instante. Discutem barragens 
e hidrelétricas, no entanto, não se predispõe a reduzir o consumo 
de energia elétrica em seus domicílios ou locais de trabalho. O país 
precisa crescer, e muito mais que isto, se sustentar, fazer com que 
seu povo sobreviva. Tal comportamento quase sempre é promovido 
exclusivamente pelo Estado, de forma paternalista herdada dos 
primórdios de nossa colonização e, frequentemente, o Estado erra, seja 
por incompetência ou por motivos outros, escusos e de malversação 
dos dinheiros públicos; infelizmente, não é aconselhável ao Estado se 
utilizar do refrão “quem faz, erra”. Com relação à energia nuclear e 
suas consequências em nosso país, pode-se apenas, em uma primeira 
instância, ser colocado que os primórdios de sua utilização para 
fins de geração de eletricidade se deram em um período hermético 
à opinião pública e os pesquisadores, técnicos e cientistas da área 
energética, seja clássica ou alternativa, não foram convidados a se 
manifestar a respeito. Outro aspecto que deve ser tocado é a ênfase 
como é defendido o programa nuclear por funcionários de Furnas 
Centrais Elétricas, principalmente aqueles que estão no projeto 
desde o princípio, constituindo um verdadeiro lobby tecnológico e 
profissional sobre qualquer facção que se envolva no assunto.
2 FUSÃO NUCLEAR
As reservas mundiais de petróleo e gás natural sofrerão certamente grandes 
declínios neste século, caso seja mantida a atual taxa de uso. Carvão e Urânio têm 
vidas mais longas, mas questões ambientais econômicas dificultam um crescimento 
na sua utilização. Há, essencialmente, apenas duas opções a longo prazo. Uma é 
a energia solar, que separamos em energias renováveis radiantes solares, eólica, 
hidrelétrica e biomassa. A outra é a fusão nuclear, que alguns consideram ser a 
nossa fonte definitiva de energia (HINRICHS, 2013).
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
171
Lembre-se de que fusão é a união de dois pequenos núcleos para formar um 
núcleo maior, enquanto a fissão é a divisão de um núcleo muito grande (como o urânio), 
geralmente pela adição de um nêutron, em dois núcleos menores. Em ambos os casos, a 
massa dos produtos finais é menor do que a dos núcleos reagentes originais. Essa massa 
perdida é convertida em energia (HINRICHS, 2013).
A fusão nuclear é um processo de produção de energia que consiste na 
fusão dos núcleos de dois átomos leves (como o Hidrogénio, o Hélio, o Deutério 
ou o Trítio) para formarem elementos mais pesados, com redução da massa dos 
reagentes. A fusão nuclear é o processo responsável pela produção da energia do 
Sol e das outras estrelas. O Sol recorre à sua imensa massa e à força da gravidade 
para produzir as reações de fusão. Sendo bem conhecida a importância da energia 
solar no nosso Planeta, podemos afirmar que a fusão é a fonte de energia de 
toda a vida na Terra. A fusão tem as vantagens inerentes às energias nucleares, 
nomeadamente a não emissão de gases poluentes para a atmosfera. Além disso, 
e quando comparada com a fissão, a fusão apresenta várias vantagens adicionais: 
1. Os combustíveis são abundantes e estão distribuídos por toda a Terra. A 
reação mais fácil de obter num laboratório envolve Deutério e Trítio. Estes dois 
elementos são isótopos do Hidrogénio cujos núcleos têm, respectivamente, um 
protão e um neutrão e um protão e dois neutrões. O Deutério é extraido da água, 
enquanto o Trítio pode ser produzido no interior do reator, a partir de uma 
camada fértil (“blanket”) de lítio, elemento que ocorre naturalmente na Terra na 
forma de Li6 (7.4%) e Li7 (92.6%).
2. Não há transporte de combustíveis nucleares fora das instalações onde se situa 
o reator.
3. O Deutério entra no reator à medida que é utilizado, o que permite a paragem 
quase instantânea da operação do reator se ocorrer qualquer anomalia no seu 
funcionamento.
4. Os materiais radioativos que resultam da operação de um reator de fusão 
poderão perder a sua radioatividade num máximo de 100 anos, enquanto 
presentemente são necessários milhares de anos para que os lixos dos reatores 
de fissão percam a sua radioatividade.
5. Um acidente num reator de fusão não conduz à evacuação das populações fora 
do perímetro de proteção da central (um raio de cinquenta quilômetros).
IMPORTANT
E
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
172
6. Um atentado terrorista numa central elétrica de fusão não terá consequências tão 
nefastas para as populações, como no caso dascentrais hidroelétricas ou de fissão.
A fusão nuclear por confinamento magnético e inercial já foram 
demonstradas nos Laboratórios, embora com um rendimento menor do que 1, e 
são hoje objetos de programas de I&D que procuram construir reatores comerciais 
que produzam energia elétrica a partir de reações de fusão nuclear. Existe um 
terceiro processo, a chamada Fusão Fria, o qual é ainda objeto de alguma 
discordância da comunidade científica, dado que os resultados experimentais não 
estão completamente esclarecidos (CFN, 2015).
Outra vantagem da fusão é a potencial redução de poluição ambiental. 
Nenhum material que possa ser utilizado na fabricação de bombas será produzido 
em reatores de fusão, e o aquecimento global não será uma preocupação. O 
panorama para a energia de fusão não é, porém, um mar de rosas. A viabilidade 
tecnológica de reatores de fusão está muito aberta a questionamentos atualmente. 
Bilhões de dólares foram gastos na Segunda Guerra Mundial, na tentativa de se 
atingir a fusão controlada. Apenas desde meados da década de 1990, e somente 
para poucas máquinas, a produção de energia em reatores de demonstração foi 
igual à entrada de energia total, o denominado ponto de equilíbrio científico. 
Também há preocupações econômicas significativas e um custo muito alto da 
pesquisa em fusão em muitos laboratórios ao redor do mundo. O papel que a 
fusão vai desempenhar neste novo século provavelmente não será conhecido por 
várias décadas ainda. O que fará da fusão uma vencedora será determinado na 
mesma medida por fatores ambientais econômicos (HINRICHS, 2013).
Lembre-se de que a fusão nuclear baseia-se em: Massa inicial é maior que a Massa 
final. Massa final é igual à massa inicial + ENERGIA. Fusão Nuclear é a junção de núcleos 
pequenos formando núcleos maiores e liberando uma quantidade muito grande de energia.
3 CONDIÇÕES PARA A OCORRÊNCIA DA FUSÃO NUCLEAR
Um dos obstáculos para a fusão nuclear é a força elétrica de repulsão entre 
os núcleos positivos. Essa força é proporcional ao produto das cargas dos núcleos 
em interação e inversamente proporcional ao quadrado da distância de separação 
entre elas. Para poder superar essa repulsão, os núcleos têm de possuir energias 
cinéticas altas, que só são possíveis se o combustível estiver na temperatura da 
ordem de 50 milhões ºC a 100 milhões de ºC. Embora a reação de fusão possa 
parecer simples, seu uso para a liberação controlada de energia representa alguns 
problemas científicos e tecnológicos sérios (HINRICHS, 2013).
IMPORTANT
E
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
173
Para ocorrer fusão nuclear, é necessária uma temperatura muito elevada, 
pelo menos da ordem de 10 milhões de graus Celsius. O sol é uma imensa bola de 
hidrogênio onde a temperatura é suficiente para que ocorra a fusão dos átomos de 
hidrogênio, formando átomos mais pesados e liberando a energia que chega até 
nós na forma de luz e calor. Uma das reações que acontecem no sol é: um átomo de 
hidrogênio (H) se funde com um átomo de hidrogênio (H), formando um átomo de Hélio e 
liberando grande quantidade de energia.
A energia liberada na reação de fusão é bem maior que na fissão nuclear. 
Aproveitar a energia da fusão nuclear em usinas seria extremamente vantajoso, pois 
o hidrogênio pode ser obtido a partir da água do mar a baixo custo, o rendimento 
energético da fusão é alto e o lixo resultante é bem menos perigoso que o lixo da 
fissão, contendo apenas um radioativo, o trítio.
Dentre os processos de fusão nuclear, já realizados em laboratório estão:
2H + 3H → 4He + n + 17,6 MeV (2)
2H + 2H → 3He + n + 3,2 MeV (3)
2H + 2H → 3H + 1H + 4,0 MeV (4)
A bomba de hidrogênio é um processo de fusão nuclear onde núcleos 
menores se fundem para formar um átomo de Hélio. Para que a bomba de 
hidrogênio exploda, é necessária uma temperatura altíssima, que no caso é obtida 
com a explosão de uma bomba atômica.
Já se realizaram testes com a bomba de hidrogênio no pacífico, onde se 
descrobriu o poder de destruição desta arma (MONDAINI, 2001). 
Algumas exigências para que a fusão ocorra são: devem ser atingidas temperaturas 
muito altas, de modo que as energias cinéticas dos núcleos sejam suficientes para superar a 
repulsão elétrica entre eles. A temperaturas altas, um gás vai se decompor em elétrons livres e 
núcleos positivos. Esse gás ionizado, com um número igual de cargas positivas e negativas, é 
chamado plasma. Nosso Sol é um exemplo de plasma; o gás em uma lâmpada fluorescente é 
outro. O confinamento do plasma é difícil. À medida que a temperatura de um gás aumenta, 
seu volume ou sua pressão (ou ambos) tem de aumentar. Assim, o gás deve ser limitado a um 
volume fixo para permitir que os núcleos se aproximem o bastante para fundir. São necessárias 
altas densidades porque, para que ocorra uma liberação suficiente de energia por fusão, um 
número grande de núcleos deve reagir. A energia de fusão liberada deve ser convertida em 
uma forma útil, como a eletricidade (HINRICHS, 2013).
IMPORTANT
E
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
174
4 PERSPECTIVAS PARA A FUSÃO
A fusão é a combinação de dois núcleos pequenos para formar um núcleo 
maior com a liberação de energia. A reação geralmente estudada é D + T He4 + n + 
17,6 MeV. Para que um reator de fusão produza energia líquida, o plasma de D – 
T deve satisfazer ao critério de Lawson – definido como o produto da densidade 
de partículas pelo tempo de confinamento do plasma – de aproximadamente 
1014 s/cm3. Deve-se também atingir uma temperatura elevada do plasma (cerca 
de 100 milhões de ºC). O confinamento do plasma é conseguido com as garrafas 
magnéticas em forma de rosquinha (Tokamaks), ou por confinamento inercial, como 
é feito na fusão induzida por laser. No primeiro caso, as densidades relativamente 
baixas do plasma com tempos longos do confinamento podem ser usadas para 
satisfazer aos critérios de Lawson; no último caso, densidades elevadas e tempos 
curtos são obtidos com os lasers pulsados de alta energia. As vantagens da fusão 
são muitas: uma fonte de combustível essencialmente infinita, eficiências térmicas 
mais elevadas, poucos problemas de resíduos radioativos, não há reações que 
possam fugir do controle, nenhum aquecimento global. Entretanto, as perspectivas 
para a fusão controlada ainda são cheias de incertezas. Muitas das condições para 
se chegar ao break-even foram atingidas isoladamente em diversos laboratórios, 
mas não todas de uma vez. Basta considerar as condições que precisam ser 
atendidas: temperaturas algumas vezes maiores que aquelas no centro do Sol; 
campos magnéticos uniformes da ordem de 100 mil vezes maior do que o da Terra; 
pastilhas para fusão a laser com densidades mil vezes maior que as de sólidos 
normais; raios laser focalizados em milionésimos de polegada – tudo isto chegando 
em um trilionésimo de segundo após o outro, e ao mesmo tempo, pulsando muitas 
vezes por segundo -, e muitos outros desafios. Contudo, as perspectivas continuam 
a ser otimistas, e ambos os tipos de programas de confinamento insistem que as 
primeiras usinas comerciais de fusão poderiam ser operacionalizadas dentro de 
40 anos. A economia é certamente um ponto crucial. As condições para o break-
even econômico claramente serão mais difíceis do que aquelas para o científico. 
Os Tokamaks deverão ser grandes (1.000 Mwe) para que a operação seja eficiente 
– possivelmente grandes demais para que a iniciativa privada invista. Na fusão 
indizida por laser, as pastilhas de microbolhas terão de ter custo inferior a U$ 0,01 
de dólar para que a operação seja economicamente viável (HINRICHS, 2013, p. 
624).
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
175
LEITURA COMPLEMENTAR
O ESPAÇO DA ENERGIA NUCLEAR NO BRASIL
 Joaquim Francisco de Carvalho
 
RESUMO
Este artigo repassa a história e descreve a experiência acumulada em 
energia nuclear no Brasil, mostrando que as aplicações biomédicas, industriais e 
agrícolas desenvolveram-se bem no país, apartir dos anos 1950. Em seguida, o 
artigo demonstra que o país pode cobrir seu consumo de energia elétrica apenas 
com fontes renováveis de energia, sem recorrer a usinas nucleares de potência. 
Por fim, são analisados os argumentos comuns na imprensa, a favor e contrários 
às centrais nucleares, e são discutidos alguns aspectos comerciais e políticos do 
problema. São também examinadas as estratégias de vendas da indústria nuclear 
no Brasil.
Palavras-chave: Usinas hidráulicas e eólicas versus nucleares e térmicas a 
combustíveis fósseis. Política de vendas da indústria nuclear.
ABSTRACT
This article reviews the history and describes the experience on nuclear 
energy in Brazil, showing that nuclear technology applied to biomedical sciences, 
industry and agriculture has been largely developed in this country, from the year 
1950 on. Then the paper shows that Brazil can cover its electricity consumption 
with only renewable energy sources, without nuclear power plants. Finally, the 
arguments usually employed in the press, pro and against nuclear power plants 
are analyzed and some commercial and political aspects of the problem are 
commented. The sales strategy of the nuclear industry in Brazil is also commented.
Keywords: Hydro end eolic power plants versus nuclear and fossil power 
plants. Sales policy of the nuclear industry.
INTRODUÇÃO
A história da energia nuclear no Brasil começa em meados da década de 
1930, quando, visando consolidar em alto nível os padrões de ensino e pesquisa 
da então recém-criada Universidade de São Paulo, o governo do Estado contratou 
professores e pesquisadores europeus de diversas especialidades e criou a 
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras dessa Universidade, com seções de Física, 
Matemática, Ciências Humanas, Ciências da Terra, Química e Biologia. Mais tarde 
(1956), criou-se o Instituto de Energia Atômica (IEA), para onde foram transferidos 
alguns físicos da seção de Física da Faculdade de Filosofia e engenheiros da Escola 
Politécnica.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
176
Em 1979, o IEA passou à jurisdição da Secretaria de Indústria, Comércio, 
Ciência e Tecnologia, com o nome de Instituto de Pesquisas Energéticas e 
Nucleares (Ipen).
Atualmente, o Ipen é gerido pela Comissão Nacional de Energia Nuclear 
(CNEN), mas, para fins de ensino de pós-graduação, continua ligado à Universidade.
Em 1966, instituiu-se o Centro de Energia Nuclear na Agricultura, junto à 
Faculdade de Agricultura da Universidade de São Paulo, em Piracicaba (SP).
Nas décadas de 1940, 1950 e 1960, o governo federal criou, no Rio de Janeiro, 
o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, o Conselho Nacional de Pesquisas, a 
Comissão Nacional de Energia Nuclear, o Instituto de Radioproteção e Dosimetria 
e o Instituto de Energia Nuclear.
Em 1953, criou-se em Belo Horizonte o Instituto de Pesquisas Radiológicas, 
ligado à Universidade Federal de Minas Gerais, onde se formou, em 1965, o Grupo 
do Tório, com a missão de desenvolver o projeto conceitual de um reator de potência 
moderado e refrigerado à água pesada, baseado no ciclo do tório (BRITO, 1968).
Esse projeto foi colocado no quadro da cooperação técnica França-Brasil 
e inserido no programa de avaliação da viabilidade dos reatores a tório e água 
pesada, do Comissariat à l’Énergie Atomique, mas seu orçamento era modesto e, com 
a assinatura do Acordo Nuclear Brasil-Alemanha, foi interrompido.
Posteriormente, o Instituto de Pesquisas Radiológicas foi transferido para 
a Nuclebras (ver mais adiante) e, com a extinção dessa, foi vinculado à Comissão 
Nacional de Energia Nuclear, que tinha sido criada em 1959, na qual já estava em 
preparo um estudo preliminar para a construção de uma central nuclear na Região 
Centro-Sul do país, projeto que não foi adiante em razão da vantagem comparativa 
das usinas hidrelétricas.
 Em 1971, o governo decidiu implantar uma central nuclear de 750 MW 
no município de Angra dos Reis, no Estado do Rio de Janeiro, criando, para isso, 
a Companhia Brasileira de Tecnologia Nuclear, que depois teve suas atribuições 
ampliadas para planejar e implantar no país um programa de geração eletronuclear. 
Em 1975, essa Companhia foi extinta, criando-se em seu lugar a Nuclebras 
(Empresas Nucleares Brasileiras), já no clima das negociações que deram origem 
ao acordo nuclear com a Alemanha.
A nova empresa teve por objetivo promover, com assistência técnica alemã, 
o desenvolvimento da indústria nuclear no Brasil, mas limitou-se a coordenar 
um programa de importação de equipamentos e treinamento de pessoal, para a 
construção de duas centrais eletronucleares em Angra dos Reis e uma fábrica de 
componentes pesados em Itaguaí, no Estado do Rio de Janeiro (CARVALHO, 1987).
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
177
A experiência brasileira em energia nuclear
Entre os primeiros usos da energia nuclear no Brasil destacaram-se, no 
começo da década de 1950, as aplicações biomédicas de radioisótopos. Já em 1959, 
o Instituto de Energia Atômica produzia radiofármacos.
No Centro de Energia Nuclear na Agricultura desenvolvem-se pesquisas 
para o emprego de traçadores radioativos no estudo da absorção de fertilizantes 
e do metabolismo das plantas, e para a aplicação de radioisótopos na pesquisa de 
fenômenos metabólicos de animais de corte e de produção leiteira.
Na indústria brasileira os radioisótopos são usados rotineiramente desde 
a década de 1960, para a detecção de falhas, controle de qualidade e controle de 
produção, particularmente nas indústrias metalúrgicas e de construção mecânica.
O Brasil tem mais de oito mil quilômetros de Costa Atlântica, sendo portanto 
natural que a Marinha Brasileira procure dotar-se de uma frota com raio de ação 
e autonomia suficientes para patrulhar e defender o mar territorial brasileiro da 
incursão de frotas pesqueiras predatórias e traficantes de armas e drogas. Nesse 
contexto foi instalado em 1988, em Iperó, São Paulo, um centro experimental – em 
cooperação do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares com a Marinha do 
Brasil – com o objetivo de elaborar o projeto básico de um sistema de propulsão 
naval e desenvolver experiência na área do ciclo do combustível nuclear, 
especialmente a etapa do enriquecimento do urânio. Esse centro não recebe apoio 
do exterior, nem recorre a nenhum dos países que atualmente detêm a tecnologia 
do enriquecimento. Suas instalações incluem uma unidade piloto para a conversão 
do yellow-cake em hexafluoreto de urânio (UF6); uma oficina mecânica de precisão, 
na qual são usinados diversos componentes do protótipo do reator; uma oficina de 
montagem de equipamentos, uma base de demonstração industrial para fabricação 
das ultracentrífugas e cascatas desenvolvidas no centro e um laboratório de 
enriquecimento isotópico.
Em razão de dificuldades orçamentárias, os trabalhos desse centro 
caminham lentamente; entretanto, graças a ele, o Brasil já domina todas as etapas 
do ciclo do combustível, além de ter desenvolvido o protótipo de um reator de 
propulsão nuclear.
Falácias e fatos sobre a energia nuclear
A sociedade aceita bem as atividades relacionadas às aplicações industriais, 
biomédicas e agrícolas da energia nuclear, assim como o projeto de enriquecimento 
de urânio. Entretanto, a instalação de usinas nucleares de potência gera muitas 
controvérsias, provocadas pelos fabricantes de componentes e fornecedores de 
serviços para centrais nucleares, que avançam argumentos tortuosos, confundindo 
a opinião pública e favorecendo a propagação de falácias.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
178
A seguir estão alguns dos argumentos que aparecem frequentemente em 
impressos desses fabricantes e até em pronunciamentos oficiais de autoridades do 
setor – e fatos correspondentes, raramente lembrados.
A falácia: as usinas nucleares poderão garantir o suprimento de eletricidade 
por tempo ilimitado.
O fato: as reservas de minérios nucleares são finitas e asua exploração 
depende de combustíveis derivados de petróleo, para acionar os equipamentos 
de extração e transporte do minério de urânio. Entretanto, as reservas conhecidas 
desse minério poderão durar o tempo suficiente para que se desenvolvam 
tecnologias para o uso de fontes energéticas renováveis. No período de transição, 
as usinas nucleares podem cobrir a demanda por eletricidade, em países que não 
tenham alternativa mais econômica e segura.
A falácia: as usinas nucleares não emitem CO2 para a atmosfera.
O fato: a operação de uma central nuclear não provoca emissões de CO2, 
mas esse é emitido permanentemente, em todas as etapas do ciclo do combustível 
nuclear, da mineração de óxido de urânio até a fabricação dos elementos 
combustíveis. E emite-se marginalmente, na construção e montagem das usinas 
nucleares.
A falácia: o risco de acidentes com usinas nucleares é negligenciável.
O fato: a probabilidade de acidente grave no circuito primário com fuga 
de radionuclídeos para meio ambiente em usinas nucleares como as de Angra é 
da ordem de milionésimos. Tais usinas são equipadas com reatores a água leve 
pressurizada (PWR) nos quais os elementos combustíveis (onde acontecem as 
reações de fissão nuclear) ficam no interior de um vaso de pressão, que é isolado 
do meio ambiente por duas envoltórias. A envoltória interna, em aço ao vanádio, 
tem espessura de 2,5 centímetros e é estanque. A externa é de concreto armado e 
tem espessura de 1,5 a 2 metros. A camada de ar que fica entre ambas é mantida 
a uma pressão inferior à atmosférica, de forma que, se houver falhas no vaso de 
pressão e na envoltória interna, os possíveis vazamentos serão absorvidos antes de 
chegarem ao ambiente externo. Assim, a probabilidade de acidente grave é mínima, 
mas não é desprezível. E os acidentes nucleares têm dimensões que os outros não 
têm. Eles se propagam pelo espaço (regiões inteiras ficam contaminadas e têm 
que ser evacuadas e interditadas) e pelo tempo (muitas décadas). Um desastre 
de avião, por exemplo, atinge os passageiros e, por mais traumático que seja, é 
um acidente que termina no local e no instante em que acontece. Um acidente em 
central nuclear apenas começa no instante e no local em que ocorre. Alguns anos 
depois centenas de pessoas sofrerão males induzidos por exposição a radiações 
ionizantes, como acontece até hoje com as populações que permaneceram nas 
cidades próximas a Chernobyl, em consequência do acidente – e prevê-se que o 
mesmo deverá acontecer no caso de Fukushima. Assim, na hipótese de desastres 
graves como esses, o risco (probabilidade versus gravidade) de danos a pessoas 
e a propriedades públicas e privadas é incalculável. Por isso as companhias de 
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
179
seguros não cobrem integralmente tais sinistros, ficando os prejuízos sempre com 
as populações atingidas. 
A falácia: os rejeitos nucleares ficam inofensivos em pouco tempo.
O fato: trinta anos depois de serem retirados de reator, os combustíveis 
irradiados (produtos de fissão, actinídeos e produtos de ativação) emitem cerca 
de 6% da radiação que emitiam e têm 0,2% de sua potência térmica. Durante esse 
tempo, são armazenados no próprio sítio da usina. Mas não existe uma solução 
definitiva para a deposição final dos rejeitos de alta atividade daí retirados. E, 
mesmo em pequenas doses, as radiações ionizantes exercem efeito cumulativo 
sobre os seres vivos que, se forem expostos continuamente, ficam sujeitos a 
aberrações cromossômicas e lesões cancerígenas. 
A falácia: usinas nucleares são invulneráveis a atentados terroristas. 
O fato: qualquer instalação industrial é vulnerável e as usinas nucleares não 
constituem exceção. Tudo depende do rigor com que as instalações são vigiadas e 
protegidas. 
A falácia: combustíveis irradiados em centrais nucleares não são adequados 
para grupos terroristas fabricarem bombas atômicas. 
O fato: grupos terroristas não precisam de bombas atômicas. Basta que 
se apossem de combustíveis irradiados numa central nuclear, para terem acesso 
a produtos de fissão extremamente ativos, como o césio-137 e o estrôncio-90, e a 
actinídeos como o plutônio-239 e o plutônio-240, que também são altamente ativos, 
além de tóxicos. Com isso, podem fazer ameaças de dispersar tais produtos sobre 
regiões habitadas. Para impedir atos dessa natureza, devem ser institucionalizados 
dispositivos policiais fortes e custosos. 
A falácia: o Brasil deve investir em centrais nucleares, porque tem uma das 
maiores reservas de urânio do mundo. 
O fato: não faz sentido investir em centrais nucleares – que são 
antieconômicas no Brasil – apenas para explorar reservas de urânio, pois o país 
pode gerar sustentavelmente, num sistema integrado hidroeólico, toda a energia 
elétrica que consome e consumirá, quando a população estiver estabilizada. 
Quanto ao urânio, seria estrategicamente mais racional beneficiá-lo até a etapa do 
enriquecimento e exportar uma parte. 
 
Usinas hidrelétricas versus nucleares na expansão do sistema elétrico brasileiro
A expansão do sistema elétrico deve ser avaliada e decidida à luz de 
critérios baseados na realidade do país, concernentes à dotação de recursos 
naturais, ao desenvolvimento tecnológico e à capacidade da economia – mas 
nunca sob a influência dos lobbies das indústrias do carvão, do gás natural ou da 
energia nuclear.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
180
No Brasil, o debate sobre a expansão do sistema elétrico tem sido enviesado 
a favor da energia nuclear, do gás natural e, recentemente, até do carvão, contra 
alternativas renováveis e limpas, como a energia hidráulica e a eólica.
Até 2009, apenas 29,6% do potencial hidrelétrico brasileiro estavam em 
aproveitamento, como mostra a tabela a seguir.
A Região Norte – essencialmente a Amazônia – detém 65% do potencial 
não aproveitado, como se vê na tabela a seguir.
Nessa região, que é muito rica em minerais estratégicos, atuam grupos 
ativistas radicalmente contrários à construção de hidrelétricas. Alguns desses 
grupos contam com a simpatia de companhias de mineração e empresas 
interessadas na construção de termelétricas a carvão e nucleares.
Admitamos que, por motivos de caráter social e ambiental, os planos 
de expansão do sistema elétrico sejam reformulados, para se limitar em 80% o 
potencial hidrelétrico a aproveitar na Amazônia – e que as hidrelétricas a serem 
implantadas naquela região alaguem 0,2 km2/MW.
Pela Tabela 3, vê-se que essa é uma hipótese conservadora, pois, exceto Ilha 
Solteira, alguns aproveitamentos existentes em outras regiões e em construção na 
própria Amazônia apresentam uma relação bem menor, entre área inundada e 
potência instalada.
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
181
Mesmo assim o Brasil poderá adicionar uma capacidade de 148,7 GW aos 
79,3 GW já instalados. Com os 17,5 GW das pequenas hidrelétricas, a capacidade 
hidrelétrica total será de 245,5 GW.
Nesse caso, a área alagada pelos reservatórios amazônicos (incluindo a área 
já ocupada pelos rios, nas estações chuvosas) seria de aproximadamente 18.000 
km2, ou seja, menos de 0,4% da área da região – uma alteração perfeitamente 
assimilável pela natureza.
É razoável, portanto, que o Brasil aproveite o potencial hidrelétrico da 
Amazônia, para ter um sistema elétrico limpo e sustentável.
Na Amazônia devem ser implantadas preferencialmente hidrelétricas 
racionalmente escalonadas ao longo dos rios, segundo o que for indicado em 
inventários e programas de implementação que respeitem critérios de viabilidade 
socioambiental e econômica bem definidos. Para isso deve-se normatizar a questão, 
promulgando leis específicas.
Mini aproveitamentos motorizados com turbinas hidrocinéticas também 
poderão ser implantados, para suprir pequenas cargas isoladas, evitando malhas 
de transmissão pela floresta.
Projetos aberrantes, como os de Balbina e Samuel, deveriam ser desativados e, 
depois de esvaziados, seus reservatórios seriam convertidosem reservas biológicas.
Mediante uma política energética inteligente e rigorosamente aplicada, 
as empresas públicas e o empresariado do setor de geração elétrica deverão se 
transformar nos maiores defensores do ecossistema amazônico, pois alterações 
causadas por desmatamentos comprometeriam a vazão dos rios, inviabilizando as 
próprias hidrelétricas.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
182
Quanto às emissões de gases causadores de efeito estufa pelos reservatórios 
hidrelétricos, essas se devem especialmente à decomposição de matéria orgânica e 
seriam bem menores se os responsáveis pela construção das usinas desbastassem 
previamente as áreas a serem inundadas e removessem toda a madeira e os resíduos 
orgânicos para locais não alagáveis. Nas estações secas, quando cai o nível dos 
reservatórios, o lodo acumulado nas orlas deveria ser removido para – em razão de 
estudos agronômicos a serem feitos caso a caso – ser aproveitado como fertilizante, 
na agricultura familiar local.
Orientações simples como essas poderiam dar origem a uma atividade 
produtiva e rentável para os habitantes da região, que desejassem se integrar à 
economia convencional.
Ao mesmo tempo, as emissões dos reservatórios hidrelétricos ficariam 
reduzidas à escala das emissões de qualquer lago natural.
No entanto, as ONGs ambientalistas optam por uma posição 
fundamentalista, baseada no dogma de que a Amazônia é intocável.
É certo que os ecossistemas amazônicos são delicados, mas isso não 
significa que parem de evoluir e fiquem estacionados em sua condição primordial, 
se é que se possa falar em condição primordial de sistemas que vêm evoluindo há 
bilhões de anos, como todos os ecossistemas terrestres. Com ou sem hidrelétricas, 
os povos indígenas (que já integravam o ecossistema amazônico muito antes da 
colonização) vão continuar alterando a natureza, com as derrubadas e queimadas 
de matas, tradicionais em sua agricultura. E ainda há as empresas de mineração, 
os pecuaristas e o agronegócio.
Além de dispor de um potencial hidrelétrico dos maiores do mundo, o Brasil 
apresenta condições muito favoráveis para o aproveitamento da energia eólica.
O sistema hidrelétrico brasileiro opera presentemente com um fator de 
capacidade de 0,5. Esse fator poderá ser melhorado com a entrada das usinas 
eólicas, se essas forem integradas às hidrelétricas, na forma de um sistema 
hidroeólico, no qual os despachos de carga permitam que parte da energia gerada 
nos parques eólicos seja "armazenada" – isto é, acumulada na forma de água nos 
reservatórios hidrelétricos – de modo semelhante às malhas termoeólicas de alguns 
países europeus, onde a energia eólica permite que se economize gás natural ou 
óleo combustível (UMMELS, 2008).
Segundo um levantamento feito em 2001 pelo Centro de Pesquisas de 
Energia Elétrica, da Eletrobras, em conjunto com as firmas Camargo-Schubert 
Energia Eólica e True Windows Solutions, o potencial eólico brasileiro para ventos 
com velocidade média superior a 7 m/s e turbinas instaladas em torres de 50 m é 
de 143,47 GW (Tabela 4). E recentes estudos mostram que, com torres mais altas, o 
potencial pode chegar a 300 GW.
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
183
Aproveitando, portanto, apenas fontes primárias limpas e sustentáveis, 
o sistema interligado teria uma capacidade conjunta de 389 GW, podendo gerar 
1.466 GW×hora firmes por ano, admitindo-se, conservadoramente, que o fator de 
capacidade do sistema integrado será de 0,43 (média ponderada dos fatores de 
capacidade de cada sistema, isoladamente). A reserva de segurança do sistema 
hidroeólico ficaria nas termelétricas a gás natural já existentes, que entrariam em 
linha apenas em períodos hidroeólicos críticos.
Esse sistema ainda poderia operar em sinergia com usinas termelétricas a 
biomassa, pois – sendo a frota automotiva brasileira em grande parte alimentada com 
etanol – sobram excedentes de bagaço de cana que podem alimentar termelétricas 
de pequeno porte, totalizando uma capacidade conjunta da ordem de 15 GW (Única, 
2008). Embora despiciendo para o setor elétrico, tal aporte é interessante por evitar 
que as destilarias queimem a céu aberto os seus excedentes de bagaço.
De acordo com o IBGE, a população brasileira deverá se estabilizar em 
215,3 milhões de habitantes, por volta do ano 2050, como está indicado na Tabela 5.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
184
Assim, a partir daquele ano, o sistema elétrico interligado poderá oferecer 
permanentemente cerca de 6.820 kWh, por habitante, por ano. Isso significa que, sem 
apelar para centrais nucleares, o consumo per capita de energia elétrica no Brasil poderá 
equiparar-se ao dos países europeus de alto padrão de vida listados na Tabela 6.
Como o clima do Brasil é ameno, os edifícios comerciais, industrias e 
residenciais não precisam de sistemas de calefação, como na França, onde esses 
sistemas respondem por cerca de 20% do consumo de eletricidade (INSEE, 2009).
Não tendo esse ônus, o Brasil poderia eletrificar muitos setores que hoje 
dependem de combustíveis fósseis, começando pelos transportes urbanos, 
atualmente baseados em automóveis e ônibus. Isso contribuiria muito para reduzir 
a poluição atmosférica; melhorando, portanto, a qualidade de vida da população.
Qualquer país que tenha potencial hidrelétrico importante e capacidade 
técnica para explorá-lo procura aproveitá-lo ao máximo, antes de apelar para 
alternativas mais caras e ambientalmente agressivas ou perigosas, como as 
térmicas a combustíveis fósseis e as nucleares. Assim, por exemplo, as hidrelétricas 
respondem por 99% do suprimento de eletricidade na Noruega; 60% na Áustria; 
55% na Suíça; 50% na Suécia; indo até 12% na França (HYDRO POWER AND 
DAMS WORLD ATLAS, 2001).
Neste artigo não foi considerado o potencial fotovoltaico, o qual, graças 
a importantes avanços tecnológicos nos campos dos semicondutores e das redes 
inteligentes (smart grids), poderá, em médio prazo, desempenhar um papel muito 
importante no sistema elétrico brasileiro.
Para estimular o aproveitamento da energia fotovoltaica, países 
desenvolvidos como Alemanha, França, Espanha, Japão e Estados Unidos têm 
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
185
implantado programas de incentivo para baixar seus custos a níveis competitivos 
com as fontes tradicionais.
Graças a essa política, só em 2010, na Alemanha, por exemplo, foi instalada 
uma potência totalizando 10,2 GW, em sistemas fotovoltaicos individuais.
No artigo também não foi considerada a possibilidade de se aproveitarem 
resíduos urbanos em minicentrais termelétricas. Segundo a EPE, até 2030, as 
minicentrais a resíduos urbanos poderiam somar uma capacidade conjunta de 11,4 
GW (EPE, 2010).
Estratégia de vendas da indústria nuclear
Países como França e Japão já aproveitam ao máximo os seus potenciais 
hidrelétricos. Assim, para produzir a energia elétrica indispensável à sobrevivência 
de suas economias, não lhes restou alternativa senão investir na opção nuclear – 
especialmente a França, que é intensamente eletrificada. Isso para o médio prazo, 
pois, visando o longo prazo, estão investindo seriamente no desenvolvimento de 
fontes renováveis.
A França tem 59 centrais nucleares operadas pela estatal Electricité de 
France (EdF), as quais geram mais de 430.000 GWh por ano, o que representa cerca 
de 78% da eletricidade lá consumida.
A idade de muitas dessas centrais já passa de 40 anos, portanto grandes 
investimentos deverão ser feitos nos próximos anos, para desativar e descomissionar 
velhas centrais e construir novas, até repor todo o parque nuclear.
Em 2005, o governo francês instituiu novas diretrizes de política energética 
e de segurança de instalações nucleares – e decidiu investir no desenvolvimento 
de um reator de nova geração, o European Pressurised Water Reactor (EPR), com 
a entrada em linha de uma unidade inicial de 1,65 GW prevista para 2015. A 
partir dessa unidade, deverão ser instaladas40 usinas semelhantes, para repor 
as usinas que estão chegando ao fim de suas vidas úteis (WORLD NUCLEAR 
ASSOCIATION, 2009).
Cálculos otimistas indicam que os investimentos necessários para 
descontaminar sítios e descomissionar velhas usinas – e construir as novas – 
chegarão a algo em torno de um trilhão de euros.
A viabilização econômica desses investimentos implicaria custos de 
eletricidade que não poderiam ser suportados pela economia francesa.
Para amenizar o problema, a indústria nuclear procura ratear os custos 
dos referidos investimentos em mercados expandidos sobre países vulneráveis ao 
seu lobby, mesmo que disponham de fontes de energia renováveis, limpas e mais 
econômicas, como a energia hidrelétrica e a eólica.
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
186
Com esse objetivo, os fabricantes de componentes e fornecedores de 
serviços para usinas nucleares começam pela estratégia de incentivar a criação de 
fóruns e associações para o desenvolvimento de atividades nucleares nos diversos 
países que tenham capacidade financeira para importar essas usinas.
Tais associações são, em geral, dirigidas por ex-diretores ou ex-funcionários 
de empresas do governo, com trânsito nas repartições públicas do setor energético.
No exercício de suas atividades, essas associações procuram interagir com 
as universidades mais importantes do país, participando de mesas-redondas e 
seminários e publicando trabalhos de divulgação, nos quais exaltam as vantagens 
das usinas nucleares e omitem as suas desvantagens.
Esses trabalhos têm influência sobre a opinião pública e sobre políticos 
que ocupam cargos técnicos nos ministérios, o que em parte explica a decisão do 
governo brasileiro, anunciada em outubro de 2008, de investir num vasto programa 
de construção de usinas nucleares, negligenciando a vantagem de o Brasil poder 
gerar toda a energia elétrica necessária ao desenvolvimento, usando apenas fontes 
primárias renováveis, limpas e mais econômicas do que a nuclear.
De resto, as usinas nucleares não são economicamente competitivas no 
Brasil, como se mostra na Tabela 7, que apresenta os custos da energia produzida em 
usinas típicas no país, operando a partir das diversas fontes primárias disponíveis.
Na elaboração da Tabela 7 foi considerado o subsídio dado pelo governo às 
centrais nucleares (ENERGY POLICY, 2009).
Considerações finais
Com o Projeto Manhattan, instituído em 1942 por iniciativa do governo 
dos Estados Unidos em seu plano de desenvolver a bomba atômica, a energia 
nuclear passou a ser tratada como matéria de segurança nacional, sujeita a normas 
restritivas no tocante às informações dadas a conhecimento público.
Essa origem influenciou sensivelmente a indústria nuclear civil – o que, 
em parte, explica a sua falta de transparência. E tem influenciado também a 
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
187
Agência Internacional de Energia Atômica (Aiea), que foi criada em 1957 e segue 
uma orientação corporativista, claramente enviesada a favor do aumento da 
participação da energia nuclear nos sistemas elétricos, em todos os continentes.
Depois do acidente de Fukushima, entretanto, os arcanos dessa indústria 
começaram a ser abertos até mesmo na França, onde as usinas nucleares respondem 
por 78% da energia elétrica gerada.
No livro La vérité sur le nucléaire, publicado em junho de 2011, a ex-ministra 
do Meio Ambiente, Corinne Lepage, revela que os custos da energia gerada em 
centrais nucleares são altamente subvencionados pelo Estado e que tudo o que é 
divulgado a respeito disso vem revestido de dissimulações e meias-verdades.
Segundo ela, fatos pouco divulgados publicamente dão conta de que as 
empresas Areva (fabricante de componentes e fornecedora de serviços para a 
implantação de centrais nucleares) e EdF (estatal que gera, transmite e distribui 
energia elétrica na França) enfrentarão sérias dificuldades, causadas, entre outras 
coisas, pelo insucesso do reator EPR, que teve suas encomendas canceladas na 
China e na Índia.
A Sra. Lepage também revela que na França já houve acidentes que 
contaminaram lençóis freáticos – e poderiam ter sido catastróficos – em usinas 
nucleares como as de Chooz, em 1968; Saint-Laurente-des-Eaux, em 1969 e 1980; 
Gravelines, em 1989; Blayais, em 1999; na usina de reprocessamento de La Hage, em 
1981 e no sítio do Tricastin, onde estão diversas instalações do ciclo do combustível 
nuclear e uma central de potência, em 2008.
A ex-ministra condena a desfaçatez com que é minimizada a gravidade 
dos acidentes nucleares, em particular a de uma catástrofe como a de Chernobyl, 
que causou a morte imediata de dezenas de trabalhadores no sítio da usina e vem 
fazendo, anualmente, milhares de vítimas das radiações ionizantes emitidas pelos 
produtos de alta atividade dispersados sobre vastas regiões da Bielorrússia, da 
Ucrânia e da Rússia. E, por fim, revela que, ao contrário do que propala a corporação 
nuclear, a opinião pública francesa não é unânime, mas sim majoritariamente 
contrária à energia nuclear.
O acidente de Fukushima arrefeceu a pulsão de renascimento que a 
indústria nuclear experimentava em anos recentes.
Na Alemanha, país que detém a tecnologia das usinas de Angra II e Angra 
III, foram desativadas sete usinas nucleares e o governo já cancelou os planos 
para a implantação de novas usinas, decidindo, também, que as restantes serão 
desativadas e descomissiondas até 2022. Atitudes semelhantes são constatadas na 
Bélgica, na Espanha e na Itália.
Cedendo, entretanto, ao lobby da indústria nuclear, as autoridades 
brasileiras afirmam que o plano de se instalarem outras centrais nucleares além 
das de Angra dos Reis será integralmente mantido, no que são apoiadas por alguns 
UNIDADE 3 | ÁTOMO E ENERGIA NUCLEAR - FUNDAMENTOS CONCEITUAIS
188
jornalistas, professores e economistas de valor em suas especialidades – porém 
leigos em matéria de energia.
Conclusões
Nenhum outro país das dimensões do Brasil dispõe de um potencial 
energético renovável como o brasileiro.
Como se mostrou no artigo, o Brasil poderá ser o primeiro grande país 
do mundo a ter um sistema elétrico inteiramente sustentável, ambiental e 
economicamente. A isso opõem-se os lobbies da indústria nuclear, do gás natural e 
do carvão.
No Brasil, o espaço da energia nuclear encontra-se na pesquisa científica, 
nas aplicações biomédicas, industriais e agrícolas – e na propulsão naval.
Os recursos que se pretende aplicar em centrais nucleares de potência trariam 
maiores benefícios para o país se fossem canalizados para as referidas aplicações – e 
para o desenvolvimento tecnológico na área das energias renováveis; caso contrário, 
continuaremos na retaguarda dos países industrializados, que já estão investindo 
importantes recursos nessa área.
Insistir na construção de centrais nucleares é uma atitude paradoxal, 
voluntariosa e contrária ao desenvolvimento tecnológico no campo das 
modernas fontes energéticas efetivamente renováveis e limpas, que deverão 
prevalecer no futuro.
Por fim, é importante assinalar que a Constituição Brasileira de 1988, em 
seu artigo 21 – inciso XXIII-a, dispõe que "toda atividade nuclear em território 
nacional somente será admitida para fins pacíficos e mediante aprovação do 
Congresso Nacional".
Além disso, em 1997 o Brasil aderiu ao Tratado de Não Proliferação de 
Armas Nucleares, renunciando a qualquer tipo de atividade relacionada à 
produção e emprego da energia nuclear para fins bélicos.
Referências
BRASIL. Atlas do potencial eólico brasileiro. Cresesb/Cepel/Eletrobrás, 2001.
BRITO, S. S. Situação atual e perspectivas da energia nuclear. In: LEPECKI et 
al. Introdução à geração núcleo-elétrica. Belo Horizonte: Imprensa UFMG, 1968. 
p. 355-9.
CARVALHO, J. de. O acordo nuclear Brasil-Alemanha. In: CARVALHO, J. de. et 
al. O Brasil nuclear – Uma anatomia do desenvolvimento nuclear brasileiro. 
Porto Alegre: Tche, 1987. p. 49-50. 
TÓPICO 3 | APLICAÇÕES DA FUSÃO NUCLEAR
189
CRESESB-Eletrobrás-CEPEL.Atlas do potencial eólico brasileiro. Centro de 
Pesquisas de Energia Elétrica, Brasília, 2001. Disponível em: < http://www.cresesb.
cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1>. 
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ENERGY STATISTICS, 2007. Disponível em: <http://www.nationmaster.com/graph/
ene_ele_con_percap-energy-electricity-consumption-per-capita&date=2007>. 
ENERGY POLICY. Does Brazil need new nuclear power plants? Amsterdam: 
Elsevier, 2009. v.37, p.1580-1584. 
EPE. Balanço Energético Nacional, 2010. 
HYDRO POWER AND DAMS WORLD ATLAS. In: LECKSCHEIDT, J.; TJAROKO, 
T. S. Overview of mini and small hydropower in Europe - GrIPP - N E T, 2001. 
IBGE, 2008. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/
noticia_visualiza.php?id_noticia=1272&id_pagina>. 
INSEE. Consommation finale d'électricité en France, par secteur. 2009. 
Disponível em: <http://www.insee.fr/fr/themes/tableau.asp?reg_id=0&ref_
id=NATTEF11358>. 
LEPAGE, C. La vérité sur le nucléaire. Paris: Albin Michel, 2011.
UMMELS, B. C. et al. Integration of large-scale wind power and use of energy 
storage in the Netherlands' electricity supply. IET Renewable Power Generation, 
v.2, n.1, 2008. 
ÚNICA – União da Indústria da Cana-de-Açúcar. A Importância do etanol e da 
cogeração na atual matriz energética brasileira e os principais desafios. 2008.
WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. 2009. Nuclear Power in France. Disponível 
em: <http://www.world-nuclear.org/info/inf40.html> 
FONTE: Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_
arttext&pid=S0103-40142012000100021>. Acesso em: 6 mar. 2015.
190
Neste terceiro tópico, apresentamos:
• Nestas últimas décadas, os países ricos consumiram uma boa parcela de sua 
energia na elaboração de insumos e equipamentos bélicos. 
• O Brasil, através de projeto de um dos segmentos das Forças Armadas, tentou 
utilizar a energia nuclear com outros fins que não os pacíficos.
• Ações civis consideradas ganhas são obrigatoriamente levadas à segunda instância 
pelo Estado, simplesmente porque a lei assim o determina, dispendendo tempo e 
principalmente energia dos interessados, para obter resultados já posicionados.
• As reservas mundiais de petróleo e gás natural sofrerão certamente grandes 
declínios neste século, caso seja mantida a atual taxa de uso. Carvão e Urânio 
têm vidas mais longas, mas questões ambientais econômicas dificultam um 
crescimento na sua utilização.
• A fusão é a união de dois pequenos núcleos para formar um núcleo maior, 
enquanto a fissão é a divisão de um núcleo muito grande (como o urânio), 
geralmente pela adição de um nêutron, em dois núcleos menores. 
• Em ambos os casos, a massa dos produtos finais é menor do que a dos núcleos 
reagentes originais. Essa massa perdida é convertida em energia.
• A fusão nuclear é o processo responsável pela produção da energia do Sol e das 
outras estrelas. 
• O Sol recorre à sua imensa massa e à força da gravidade para produzir as reações 
de fusão. 
• Sendo bem conhecida a importância da energia solar no nosso Planeta, podemos 
afirmar que a fusão é a fonte de energia de toda a vida na Terra.
• Outra vantagem da fusão é a potencial redução de poluição ambiental. Nenhum 
material que possa ser utilizado na fabricação de bombas será produzido em 
reatores de fusão, e o aquecimento global não será uma preocupação.
• O papel que a fusão vai desempenhar neste novo século provavelmente não será 
conhecido por várias décadas ainda. 
• O que fará da fusão uma vencedora será determinado na mesma medida por 
fatores ambientais econômicos.
RESUMO DO TÓPICO 3
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• Lembre-se de que a fusão nuclear baseia-se em: Massa inicial é maior que a Massa 
final. Massa final é igual a massa inicial + ENERGIA. Fusão Nuclear é a junção de 
núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando uma quantidade muito 
grande de energia. 
• Um dos obstáculos para a fusão nuclear é a força elétrica de repulsão entre os 
núcleos positivos.
• Embora a reação de fusão possa parecer simples, seu uso para a liberação 
controlada de energia representa alguns problemas científicos e tecnológicos 
sérios.
• Para ocorrer fusão nuclear é necessária uma temperatura muito elevada, pelo 
menos da ordem de 10 milhões de graus celsius. 
• O sol é uma imensa bola de hidrogênio onde a temperatura é suficiente para 
que ocorra a fusão dos átomos de hidrogênio, formando átomos mais pesados e 
liberando a energia que chega até nós na forma de luz e calor.
• A energia liberada na reação de fusão é bem maior que na fissão nuclear.
• A bomba de hidrogênio é um processo de fusão nuclear, onde núcleos menores 
se fundem para formar um átomo de hélio. Para que a bomba de hidrogênio 
exploda é necessária uma temperatura altíssima, que no caso é obtida com a 
explosão de uma bomba atômica.
• Algumas exigências para que a fusão ocorra são: devem ser atingidas 
temperaturas muito altas, de modo que as energias cinéticas dos núcleos sejam 
suficientes para superar a repulsão elétrica entre eles.
• Nosso Sol é um exemplo de plasma; o gás em uma lâmpada fluorescente é outro. 
O confinamento do plasma é difícil. À medida que a temperatura de um gás 
aumenta, seu volume ou sua pressão (ou ambos) tem de aumentar. 
• A energia de fusão liberada deve ser convertida em uma forma útil, como a 
eletricidade.
• As perspectivas continuam a ser otimistas, e ambos os tipos de programas de 
confinamento insistem que as primeiras usinas comerciais de fusão poderiam 
ser operacionalizadas dentro de 40 anos.
• A economia é certamente um ponto crucial. As condições para o break-even 
econômico claramente serão mais difíceis do que aquelas para o científico. Os 
Tokamaks deverão ser grandes (1.000 Mwe) para que a operação seja eficiente – 
possivelmente grandes demais para que a iniciativa privada invista.
• Na fusão indizida por laser, as pastilhas de microbolhas terão de ter custo inferior 
a U$ 0,01 de dólar para que a operação seja economicamente viável.
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AUTOATIVIDADE
1 Após os estudos realizados no Tópico 3, da Unidade 3, do nosso Caderno 
de Estudos de Tecnologias Aplicadas, diferencie a fusão nuclear de fissão 
nuclear.
2 As reservas mundiais de petróleo e gás natural, respectivamente, sofrerão 
grandes declínios neste século, caso seja mantida a atual taxa de uso. O 
Carvão e o Urânio têm vidas mais longas, porém questões ambientais 
econômicas dificultam um crescimento na sua utilização. Neste sentido, 
assinale a alternativa CORRETA:
a) ( ) As usinas hidrelétricas serão a salvação energética do futuro próximo, 
 visto que elas são isentas de impactos ambientais.
b) ( ) O uso da energia nuclear de átomos radioativos, como o urânio, é uma 
 ilusão, visto a baixa liberação de energia deles.
c) ( ) A fusão não causa poluição ambiental, não interfere no aquecimento 
 ambiental e não será utilizada na fabricação de bombas.
193
REFERÊNCIAS
CARDOSO, Eliezer de Moura. Apostila Educativa. Energia Nuclear. 2015. 
Disponível em: <http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf>. Acesso 
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consultorio/listA.html>. Acesso em: 25 mar. 2015.
FINOTTI, Paulo. Energia Nuclear: de heroína a vilã. 1994. Disponível em: <www.
mma.gov.br/port/conama/processos/67B2E6A3/finotti.doc>. Acesso em: 25 mar. 
2015.
HILSDORF, Jorge Wilson et al. Química tecnológica. São Paulo: Cengage 
Learning, 2014.
HINRICHS, Roger A. Energia e meio ambiente. São Paulo: Cengage Learning, 
2013.
MONDAINI, Leonardo. A energia nuclear: fissão e fusão. 2001. Disponível em: 
<www.if.ufrj.br/~barreto/leonardo.doc>. Acesso em: 25 mar. 2015.
THOMAS, Janete M. Economia ambiental: fundamentos, políticas e aplicações. 
São Paulo: Cengage Learning, 2012.
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ANOTAÇÕES
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