teorico modulo 8 livro 3

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Planejamento 
Energético
Fontes Renováveis de Energia
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Ms. Pedro Henrique Cacique Braga 
Revisão Textual:
Profa. Ms. Selma Aparecida Cesarin 
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Estudaremos sobre as fontes renováveis de geração de energia. Sabemos o quão importante 
é a energia elétrica e temos consciência de que sua produção é um processo que deve ser 
observado sobre três pilares: o mercado internacional, o consumidor local e a preservação 
do meio ambiente.
Observaremos neste texto as particularidades de cada fonte, sempre observando o que é 
bom para o consumidor, para o país e para o meio ambiente. 
Exploraremos as principais fontes renováveis e faremos sempre uma correlação com os 
métodos não-renováveis.
Fique atento ao ambiente virtual para possíveis fóruns de discussão e para a realização de 
suas tarefas nas datas estipuladas. 
Nesta Unidade, descreveremos os sistemas de energia baseados em fontes 
renováveis e buscaremos estabelecer um quadro comparativo entre eles, 
determinando o perfil consumidor e os custos para implantação.
Prezamos, também, pelo pensamento crítico sobre a utilização de tais 
sistemas em substituição das fontes não-renováveis.
Fontes Renováveis de Energia
 · Introdução
 · Hidrelétrica
 · Biomassa
 · Eólica
 · Solar
 · Geotérmica
 · Maremotriz
 · Conclusões
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
Contextualização
Pensando na importância da energia elétrica no cotidiano da sociedade, nós nos deparamos 
com uma grande questão: o que vai acontecer quando as fontes não-renováveis se esgotarem?
Esta questão nos leva a muitas outras, como: 
- as fontes se esgotarão na nossa geração?;
- Nossos filhos poderão usar a eletricidade assim como nós usamos?;
- Existe alguma solução para este problema?
Tais questões já estão sendo feitas há algumas décadas e ambientalistas, engenheiros e 
administradores de todo o mundo estão trabalhando incessantemente em novas estratégias 
para o planejamento energético mundial.
Algumas medidas já vêm sendo tomadas, como o crescimento do uso de fontes renováveis 
e alternativas de geração. A utilização destas fontes pode prolongar a existência das reservas de 
insumos não-renováveis. O cuidado com o Planeta vai ainda além, e busca reduzir as emissões 
de poluentes no meio ambiente. 
Nosso contexto, então, é a procura pela geração de energia mais limpa e eficiente com o foco 
nos recursos renováveis.
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Introdução
Uma das grandes questões que precisam ser respondidas há algumas décadas é: até quando 
teremos recursos naturais para geração de energia elétrica?
Este problema levanta, ainda, muitos outros questionamentos, como: 
• Se continuarmos no ritmo de exploração que estamos vivendo, nossas gerações futuras 
terão acesso à eletricidade de forma irrestrita como temos hoje?;
• Até quando o Planeta sobreviverá com tamanha exploração?;
• O que é preciso fazer para minimizar este consumo?
Questionamentos como estes baseiam as teorias sobre fontes renováveis de energia. A busca 
por formas de geração que não prejudiquem o Planeta, ou que minimizem os danos, é uma 
tarefa iniciada há algum tempo e deve ser revista a cada geração, adaptada de acordo com os 
dados estatísticos de geração e consumo.
Uma das grandes soluções, apresentadas pelos ambientalistas, engenheiros e administradores 
é a redução do uso de fontes não-renováveis e, consequentemente, o aumento do uso das 
fontes renováveis. 
Fontes renováveis de energia podem ser entendidas como aquelas que têm como insumo 
primário elementos que são repostos naturalmente pelo Planeta. São elementos que podem ser 
reutilizados após a geração e não são consumidos definitivamente.
No Brasil, segundo dados da ANEEL, no ano de 2013, a participação destas fontes foi 
de quase 80% no total gerado pelo país. Esta é uma boa proporção, que somente é possível 
graças ao grande potencial hídrico do país. As fontes hidrelétricas somam 68,1% de toda a 
carga instalada.
Glossário
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
EPE – Empresa de Pesquisa Energética.
Nesta Unidade, discutiremos sobre algumas fontes renováveis, a fim de estabelecermos 
comparações sobre a real situação no Brasil e no mundo e quais as possíveis ações a serem 
tomadas em um planejamento energético.
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
Hidrelétrica
A eletricidade obtida por fontes hidráulicas, conhecida como energia hidrelétrica, só é possível 
graças à combinação da vazão de rios, à quantidade de água disponível em certos períodos do 
ano e aos desníveis do relevo (que podem ser naturais ou artificiais).
Assim como a maioria das fontes de energia, a hidrelétrica transforma a energia mecânica em 
elétrica. O perfil de uma usina é relativamente simples. Uma barragem é criada para garantir o 
maior armazenamento das águas de um rio. Cria-se, assim, uma represa a favor da usina. 
Além de criar um reservatório que estoca a água para a geração, a barreira cria o desnível 
necessário para o processo. Algumas usinas hidroelétricas utilizam suas turbinas no mesmo nível 
do rio e são conhecidas como usinas “a fio d’água”. Estas reduzem a área alagada para a sua 
construção, mas nem sempre têm o mínimo para uma boa produção.
Os vertedouros são comportas nas barreiras que servem para regular o nível de água. Quando 
abertos, retornam uma determinada quantidade de água ao curso natural do rio, para que haja 
o equilíbrio entre o que é preciso e o que deve ser “descartado”.
Observe que as usinas “a fio d’água” se aproveitam apenas da velocidade do rio e, por não 
contarem com um reservatório, não permitem o armazenamento de água para períodos de seca.
Por fim, as usinas contam com as casas de força, que abrigam suas turbinas. Observe o perfil 
esquemático de uma usina hidroelétrica na Figura 1. A água estocada no reservatório, quando 
aberto o canal específico, passa por um duto e é conduzida à casa de força. Uma formação 
conhecida como caixa espiral é responsável por conduzir a água para movimentação do rotor 
no pré-distribuidor.
A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força por meio de 
canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a 
água é restituída ao leito natural do rio, pelo canal de fuga. Dessa forma, a potência hidráulica 
é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta 
gire e, no gerador – que também gira acoplado mecanicamente à turbina, a potência mecânica 
é transformada em potência elétrica.
Figura 1. Perfil esquemático de uma Usina Hidroelétrica. 
 
Fonte: ANEEL, 2008.
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Existem muitos tipos de turbinas, cada uma feita para uma altura e tipo de vazão específicos. 
A turbina tipo Bulbo é usada nas usinas fio d’água por ser indicada para baixas quedas e altas 
vazões, não exigindo grandes reservatórios.
A Figura 2 apresenta o perfil de uma unidade geradora da Usina Hidrelétrica Binacional de 
Itaipu. A UHE conta com 20 unidades, sendo que a última foi instalada em 2007. Cada uma 
delas tem capacidade para gerar 700 megawatts (MW). 
Cada unidade geradora de Itaipu é capaz de abastecer uma cidade com 1,5 milhão de 
habitantes. Para abastecer os três estados da região sul do país, por exemplo, seriam necessárias 
apenas 12, das 20 unidades. Para todo o estado do Rio de Janeiro bastariam 7 unidades 
(ITAIPU, 2015).
Glossário
UHE – Usina Hidroelétrica.
Figura 2. Componentes da unidade geradora do tipo Francis, de ITAIPU.
 
Fonte: ITAIPU, 2015.
A água é o recurso natural mais abundante na Terra: com um volume estimado de 1,36 bilhão 
de quilômetros cúbicos (km3) recobre 2/3 da superfície do Planeta sob a forma de oceanos, 
calotas polares, rios e lagos. Além disso, pode ser encontrada em aquíferos subterrâneos, como 
o Guarani, no Sudeste brasileiro (ANEEL, 2008).
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
A Figura 3 apresenta o gráfico com a participação mundial na geração de energia hidroelétrica. 
Observe que aAmérica do Sul e Central (boa parte no Brasil) é responsável por 21,8% de toda 
a produção, ficando atrás apenas da Oceania, que produz 27,6%.
Figura 3. Geração Hidrelétrica por regiões do mundo (%) 
 
Fonte: EPE, 2014.
No Brasil, segundo os dados da 
Empresa de Pesquisa Energética, em 2014, 
a geração hidráulica teve participação 
de 68,8% no total. Isso se deve ao vasto 
potencial hídrico nacional. São inúmeros 
rios que comportam represas para UHEs.
A implantação de uma UHE tem custos 
elevados e nem sempre é possível ser feita, 
pois implica o desmatamento de grandes 
áreas, muitas vezes em desapropriação de 
pequenas cidades e mudanças de cursos 
de rios.
Biomassa
A biomassa é uma das fontes de produção de energia elétrica com maior potencial de 
crescimento no mundo. Além de reduzir o uso de combustíveis fósseis, ela reaproveita outros 
materiais como insumo primário. Além disso, dela é possível extrair outros biocombustíveis, 
como o etanol, por exemplo.
Figura 4. Geração de energia mundial por fonte. 
Fonte: ANEEL 2008.
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Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou 
elétrica é classificada como biomassa. De acordo com a sua origem, pode ser: florestal (madeira, 
principalmente), agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras) e rejeitos urbanos e industriais 
(sólidos ou líquidos, como o lixo). Os derivados obtidos dependem tanto da matéria-prima utilizada 
(cujo potencial energético varia de tipo para tipo) quanto da tecnologia de processamento para 
obtenção dos energéticos (ANEEL, 2008).
Observe, na Figura 4 que, no mundo, a biomassa ocupa uma parcela de apenas 1,7% da 
geração. Apesar de ser atrativa, ainda não detém uma boa parcela na geração mundial.
As formas de geração de energia pela biomassa são várias, mas podem ser destacadas:
• Ciclo a vapor com turbinas de compressão;
• Ciclo a vapor com turbinas de condensação e extração;
• Ciclo combinado integrado à gaseificação da biomassa.
Apesar de ainda não ser muito utilizada diretamente na produção de energia, a biomassa tem 
se estabelecido na produção de combustível. 
Observe na Figura 5 a evolução da produção de etanol.
Figura 5. Produção de Etanol.
 
Fonte: ANEEL 2008.
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
Eólica
A energia eólica é aquela que aproveita a força dos ventos para a movimentação das 
pás de uma turbina. Trata-se de uma forma renovável, perene, de grande disponibilidade e 
independente de importações e custo zero para obtenção de suprimentos (completamente 
oposto dos combustíveis fósseis).
Ainda no gráfico da Figura 4, observe que a Energia Eólica ocupa 2,1% na geração total. O 
potencial dos ventos no Brasil é muito bom, cerca de duas vezes mais que a média mundial, o 
que dá maior previsibilidade do volume a ser produzido.
Como a previsão nem sempre é possível, muitos países ainda não utilizam esta fonte com 
uma parcela maior na produção. Os maiores produtores são Estados Unidos, Alemanha e China. 
O Brasil tem apenas 39 usinas eólicas em todo o território nacional.
Entre os benefícios deste métodos, podemos destacar que não são emitidos gases estufa e 
pode ser usado em áreas remotas. Em compensação, sua implantação tem alto custo, pois o 
potencial de geração depende de fatores geográficos e climáticos. 
Observe, na Figura 6, o funcionamento dos aerogeradores.
Figura 6 - Funcionamento dos aerogeradores. 
Fonte: Último Segundo, 2015.
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Solar
A energia solar, assim como as outras fontes alternativas, não possui participação expressiva 
nas matrizes energéticas nacional e mundial. Ela chega à Terra em forma térmica e luminosa. 
Sua irradiação por ano na superfície da Terra seria suficiente para atender toda a demanda por 
milhares de anos.
A radiação solar não chega a todas as partes do Planeta da mesma forma, pois depende 
muito de condições geográficas e atmosféricas, o que varia muito de região para região e de 
acordo com as estações do ano.
Quando atinge a atmosfera, a radiação pode ser interceptada em forma de calor ou luz 
e pode ser convertida por meio de processos químicos para energia térmica ou elétrica. Os 
equipamentos usados na captação determinam qual o tipo produzido.
Ao usar uma superfície escura para captação, converte-se a radiação em energia térmica, 
que é aplicada em uma usina térmica comum que segue o ciclo de Rankine com base. Quando 
usadas células fotovoltaicas, o resultado é a eletricidade.
A Figura 7 apresenta as taxas médias de crescimento anual da capacidade de energia renovável. 
Observe que a energia solar por células fotovoltaicas é a que teve maior taxa de crescimento.
Figura 7. Taxas médias de crescimento anual da capacidade de energia renovável.
 
Fonte: ANEEL 2008.
O processo de produção heliovoltaico converte a radiação solar em calor, usado nas usinas 
termelétricas. O processo compreende quatro etapas:
1. Coleta da irradiação;
2. Conversão em calor;
3. Transporte e Armazenamento;
4. Conversão em eletricidade.
Para utilização deste processo, é necessário instalar as usinas em locais com baixo índice 
pluviométrico e pouca intensidade de nuvens, como o semiárido brasileiro, por exemplo.
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
O sistema fotovoltaico transforma a radiação solar em eletricidade direta. Utiliza-se, para 
tanto, um painel feito de material semicondutor, geralmente o silício que, quando estimulado, 
permite o fluxo eletrônico. O sistema fotovoltaico não precisa do brilho do Sol para produzir 
energia, o que permite sua operação em dias nublados.
A Figura 8 apresenta a variação da radiação solar no Brasil, mostrando as principais regiões 
propensas à criação de usinas solares.
Figura 8. Variação da radiação solar no Brasil.
 
Fonte: ANEEL, 2008.
Geotérmica
A energia geotérmica é produzida por meio do calor existente no interior da Terra. Os 
principais recursos são os gêiseres e o calor existente no interior das rochas.
Glossário
Gêiser – fonte de vapor no interior da Terra que apresenta erupções periódicas.
Existem duas possibilidades para o uso do vapor: em uma usina térmica comum e o vapor 
quente seco, usado para movimentação de turbinas. 
A Figura 9 apresenta o esquema de uma usina geotérmica.
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Figura 9. Reservatório geotérmico de alta temperatura. 
No Brasil, não há nenhuma unidade em operação, nem mesmo sob a forma experimental. 
Apenas Islândia e Estados Unidos apresentam um crescimento significativo no campo geotérmico.
Maremotriz
A geração de energia pela força do mar inclui as fontes: marés, correntes marítimas, ondas, 
energia térmica e gradientes de salinidade. A energia pode ser obtida, por exemplo, por meio 
da energia cinética, na qual as ondas movimentam as pás de uma turbina, ou pela diferença de 
nível do mar nas marés. 
A Figura 10 ilustra o funcionamento de uma usina maremotriz.
Figura 10. Geração de energia em usina maremotriz. 
Fonte: ANEEL, 2008.
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
Apesar do bom potencial de geração, esta forma não entra em competição com as principais 
fontes, pois sua geração não supera o necessário em boa parte das usinas e os custos de 
implantação são altos, o que as torna inviáveis.
Os principais locais para aproveitamento das marés são Argentina, Austrália, Canadá, Índia, 
Coréia do Sul, México, Reino Unido, Estados Unidos e Rússia.
Conclusões
As fontes renováveis de energia são consideradas, em sua grande maioria, fontes limpas, ou 
seja, não emitem ou emitem menores quantidades de poluentes no meio ambiente.
Apesar de usarem recursos renováveis, grande parte delas requer custo alto de implantação e 
manutenção e dependem de condições geográficas e climáticas muito específicas, que dificultam 
sua implantação.
As usinas renováveis têm sido implantadas com uma boa taxa de crescimento, mas ainda 
não competem igualmente com fontes não-renováveis. A energia hidrelétrica é a que tem maior 
participação mundial e, no Brasil, ocupa o cargo de maior fonte geradora.
O planejamentoenergético deve levar em consideração a utilização equilibrada das fontes 
disponíveis, para que haja uma renovação dos recursos, balanceando o uso dos não renováveis.
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Material Complementar
O site Último Segundo, do portal IG, apresenta uma série de infográficos sobre assuntos 
diversos. Entre os assuntos relacionados à Ciência, temos um material muito interessante e 
interativo, que compara os métodos de geração de energia por meio de fontes alternativas 
de energia.
A maior parte das fontes abordadas é renovável e se enquadra no que está sendo estudado. 
 
 Explore
Acesse o site para conhecer um pouco mais sobre cada fonte: 
• http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/as+alternativas+da+energia/n1237597605585.html.
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/as+alternativas+da+energia/n1237597605585.html
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Unidade: Fontes Renováveis de Energia
Referências
BUCUSSI, A. A. Introdução ao Conceito de Energia. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de 
Física/Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, 2007.
ELETROBRÁS/PROCEL – Centrais Elétricas Brasileiras, Fupai/Efficientia; Eficiência 
Energética no Uso de Vapor. Rio de Janeiro: Eletrobrás, 2005.
ROCHA, G.; SILVA, A. L.; SILVA, F. N. Simulação de uma usina com ciclo simples a 
vapor (Ciclo Rankine). Revista Conexão (AEMS), v. 9, p. 598, 2012.
VIANA, A. N. C. et al. Eficiência Energética: Fundamentos e Aplicações. Campinas: UNIFEI, 
2012.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica (Brasil). Atlas de energia Elétrica do Brasil/
Agência Nacional de Energia Elétrica. Brasília : Aneel, 2008.
EPE – Empresa de Pesquisa Energética. Anuário Estatístico de Energia Elétrica. Rio de 
Janeiro: EPE, 2014
BP. Relatório Estatístico da BP 2014. Brasil em 2013. Disponível em: <http://www.bp.com/
content/dam/bp-country/pt_br/PDFs/Statistical Review_Brazil_POR.pdf>. Acesso em: 9 mar. 
2015.
ITAIPU. Unidades Geradoras. Disponível em <https://www.itaipu.gov.br/energia/unidades-
geradoras>. Acesso em: 15 mar. 2015.
ÚLTIMO Segundo. As alternativas de energia. Disponível em: <http://ultimosegundo.ig.com.
br/ciencia/as+alternativas+da+energia/n1237597605585.html>. Acesso em: 15 mar. 2015.
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Anotações