Evolução do Aproveitamento da Energia

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Aula 8: Energia – evolução do seu aproveitamento
Apresentação
Nesta aula, continuaremos o estudo da energia, passando a observar que ela começou a ser aproveitada pelo homem sob a forma de energia mecânica, convertendo a energia obtida dos alimentos em trabalho e modificando essa dinâmica a partir da descoberta do fogo.
Discutiremos acerca das descobertas realizadas por estudiosos, que levaram aos moinhos de vento, às máquinas a vapor, e, com a Revolução Industrial, levou a grandes aplicações e à descoberta de outras formas de energia, como os combustíveis fósseis (carvão mineral e petróleo) e a energia nuclear.
Objetivos
Identificar as primeiras formas de utilização da energia;
Analisar a evolução da energia até a energia nuclear.
Evolução humana
Na Pré-história, o homem possuía hábitos diurnos porque não havia formas artificiais de iluminar as noites até o surgimento do fogo, obtido por meio do uso de um ramo de vegetal resinoso.
Desde o domínio do fogo, o homem passou a ter a possibilidade de se manter aquecido e de realizar mais atividades após o pôr do sol. Naquele período, o homem empreendia suas atividades de caça e coleta de alimentos, e possuía um baixo consumo energético (quase 84% menor do que nos dias atuais), e transformava apenas 20% deste consumo em energia mecânica.
Com a evolução humana, passou a existir mais controle do meio ambiente, progresso técnico e crescimento demográfico. Desde então, o homem passou a utilizar energia dos conversores biológicos1 (São os alimentos e os animais.), por meio do desenvolvimento da agricultura e da pecuária, consideradas as primeiras formas de armazenamento de energia excedente.
A apropriação de solos férteis no Oeste e Sudoeste da Ásia, e em vales aluviais como o Tigre, o Eufrates e o Nilo levaram ao surgimento de grandes civilizações que utilizaram energia de conversores vegetais, por meio da técnica de agricultura irrigada de cereais, que eram guardados e garantiam o armazenamento de energia na forma de alimentos.
Outras formas de energia do período foram o uso de escravos como força motriz e o uso de ventos como conversor energético, com barcos à vela para navegação, entre outros.
A partir da Idade Média, com o desenvolvimento de áreas como a Matemática, a Geografia, a Física, a Geometria e a Engenharia, houve a descoberta e o aprimoramento de novas formas de uso de energia, além do desenvolvimento de dispositivos complexos para o aproveitamento da energia contida nos ventos e no vapor.
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Arquimedes criou alavancas, mecanismos para a movimentação de objetos pesados e descobriu o Princípio da Hidrostática, em que todo corpo que está imerso em um fluido sofrerá uma ação de força verticalmente para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo.
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Vento
· Apesar de ter sido usado inicialmente nas navegações, o vento, cuja energia já era aproveitada, pode ser considerado uma forma indireta de energia solar, visto que é resultante da movimentação do ar quente que sobe e se desloca, sendo um efeito permanente da dinâmica do planeta.
· Os egípcios utilizavam velas como auxílio para as embarcações a remo, e os fenícios usavam o barco movido em sua totalidade por velas. Em sociedades como a da Pérsia, constam variados dispositivos movidos a vento, como o emprego de moinho de ventos para a moagem dos grãos, e para a irrigação, pelo uso de bombeamento da água.
· Com a ocorrência das Cruzadas, as grandes invenções dos períodos anteriores foram difundidas e aprimoradas, com o uso ampliado para diferentes setores, como as indústrias têxteis, metalúrgicas e madeireiras.
· Os moinhos de vento foram aprimorados com o eixo de rotação horizontal e as quatro pás em sua estrutura, passando a ser utilizados para a drenagem de pântanos e lagos e para a fabricação de papel e extração de azeite.
Vapor
O uso do vapor como forma de energia demandou mais estudos ao homem, visto que foi necessária a construção de máquinas e, por consequência, maior desenvolvimento da área de mecânica.
Com a ocorrência de alagamentos em minas de carvão e de ferro, que içavam baldes de água, iniciou-se a construção das primeiras máquinas de vapor, que passaram a ser utilizadas dentro das minas, e apenas após 75 anos de uso se tornaram inoperantes por conta da excessiva profundidade das minas.
Depois da perda de operação das máquinas a vapor nas minas, James Watt alterou sua estrutura de êmbolo de movimento alternado e linear para giratório, o que levou à criação de uma fonte universal de energia e permitiu o acionamento de navios, locomotivas, serrarias, cerâmicas, drenagens e diversas outras atividades.
Carvão
Com a Revolução Industrial, o homem iniciou o uso dos combustíveis fósseis, sendo que o primeiro a ser descoberto foi o carvão, que passou a substituir a madeira nas operações de combustão direta para a combustão nas máquinas a vapor desenvolvidas por Watt.
O carvão mineral é uma massa negra formada por troncos, raízes, galhos e folhas de árvores que, após morrerem, ficaram encobertas por fundos lodosos, que com as condições de pressão da terra e o passar do tempo transformaram essa mistura, que foi a principal fonte primária de energia mundial até 1961.
Petróleo
Em 1859, o ouro negro, como era chamado, foi descoberto nos Estados Unidos e, a partir de então, teve início a industrialização do petróleo, sendo aproveitado todo o petróleo que aflorava na superfície graças à constante movimentação no subsolo (quando não encontrava formações rochosas).
O petróleo também é um tipo de combustível fóssil, com origem de vida aquática animal acumulada nos leitos oceânicos cobertas por sedimentos. Com o surgimento dos automóveis, teve seu uso mais amplo.
· 1930 marcou o início da indústria petroquímica, que levou à produção de diferentes subprodutos para a produção de equipamentos e objetos, além de levar à produção dos derivados do petróleo (gás liquefeito, gasolina, naftas, óleo diesel, querosene, óleos combustíveis, asfalto, lubrificantes, solventes, parafinas, coque de petróleo e resíduos.
· Apesar da sua ampla utilização e do desenvolvimento de sua indústria, após a ocorrência de duas crises do petróleo (1973 e 1978), houve uma mudança em sua política internacional, teve início uma discussão mundial acerca de possíveis fontes alternativas de energia.
· A partir de então, intensificaram-se os conflitos existentes no Oriente Médio (onde existem as maiores reservas de petróleo), assim como os problemas ocasionados pelas atividades exploratórias do petróleo, como a contaminação do meio ambiente por meio de gases tóxicos, vazamentos de solventes orgânicos, o que levou a grandes desastres ambientais.
Eletricidade
Com o telégrafo e os telefones elétricos, deu-se a primeira aplicação da eletricidade e, em 1882, Thomas Edison construiu as primeiras usinas capazes de gerar energia em corrente contínua para os sistemas de iluminação. Quatro anos depois foi realizada a primeira transmissão de energia elétrica em corrente alternada.
Tesla desenvolveu o uso da corrente alternada e de sistemas polifásicos, que, em concomitância com o transformador criado por William Stanley, levou à transmissão a grandes distâncias e o uso doméstico da energia elétrica.
A energia elétrica, por possuir facilidade de transporte e de conversão direta em qualquer tipo de energia, é de extrema importância, e, nos países mais industrializados, seu consumo foi duplicado a cada década, desde seu surgimento.
Após a Segunda Guerra Mundial, houve uma estagnação nas pesquisas do uso da energia proveniente dos ventos e da energia elétrica, e as crises petrolíferas e subsequente variação nos preços do barril do petróleo levou a várias ações governamentais e a às agências internacionais a buscarem uma diversificação das fontes de energia.
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Energia nuclear e o futuro
Nos anos de 1960, a energia nuclear, já conhecida desde a década de 1940, passou a ser considerada uma matriz energética, com grandes investimentos.
Nos anos seguintes, a energia nuclear foi abalada pelosproblemas ocorridos várias usinas, inclusive na de Chernobil (em 1986). Apesar de representar cerca de 14,8% de toda a produção de energia mundial, gera muitos rejeitos radioativos, que podem ser classificados em rejeitos de baixa, média e baixa atividade.
Pelo que se observa na tendência da evolução do aproveitamento de energia, a energia nuclear continuará sendo amplamente utilizada pelos países desenvolvidos que não possuem fontes naturais para o uso de energias renováveis, não possuírem uma boa disponibilidade de terras para a inundação, além de sofrerem com a ausência de ventos. O aprimoramento da energia nuclear garantirá maior segurança na operação dos reatores e consequente destino apropriado ao lixo radioativo.
Outra ocorrência observada será a transição dos combustíveis fósseis, que serão substituídos por combustíveis biológicos, que, em países em desenvolvimento, como o Brasil, mostram-se com grande aplicação e produção em larga escala, ficando a cargo dos governos a adaptação dos veículos.
Atividades
1) Com relação à evolução do uso de energia, assinale (V) para verdadeiro e (F) para falso nas afirmações a seguir.
a) Os hábitos diurnos dos homens pré-históricos levaram à descoberta do fogo, visto que precisavam dele para se aquecer e realizar as demais atividades.
Verdadeiro
b) As Cruzadas levaram a grandes descobertas na área de energia, visto que foram os responsáveis pela obtenção do carvão e seu consequente desenvolvimentodo.
Falso
c) Os moinhos de vento que antecederam as máquinas a vapor foram muito utilizados para a retirada de água de lagos, sendo desenvolvido por Arquimedes por meio do Princípio de hidrostática.
Falso
d) A indústria petroquímica é responsável por grandes problemas ambientais, seja pela contaminação pelo vazamento de solventes orgânicos ou pela emissão de muitos gases tóxicos na atmosfera.
Verdadeiro
Gabarito - VFFV
2) Comente sobre as principais formas de aproveitamento e conversão de energia antes da ocorrência da Revolução Industrial.
Gabarito Comentado
Entre as várias formas de energia, inicialmente, o homem realizava energia por meio de sua conversão alimentar (energética) em energia mecânica, e depois passou a desenvolver outras formas de energia. Na Idade Média, houve grandes desenvolvimentos, levando à criação de locomotivas e muitas outras máquinas a vapor.
3) Analise as seguintes afirmações:
I. A energia mecânica é a capacidade de um corpo em produzir trabalho, e pode ser dividida em várias outras; foi a principal forma de energia utilizada pelo homem, em especial aqueles que viveram na Pré-história.
II. A energia nuclear possui elevados riscos ao meio ambiente, e acidentes como o que ocorreu em Chernobil levaram à redução em seus investimentos.
III. James Watt foi o grande responsável pelo aprimoramento de grandes invenções, que tiveram seu uso ampliado para diferentes setores, como as indústrias têxteis, metalúrgicas e madeireiras, sendo que um desses aprimoramentos foi a introdução do eixo de rotação horizontal e as quatro pás na estrutura dos moinhos de vento.
IV. Tesla desenvolveu o uso da corrente alternada e de sistemas polifásicos, que, em concomitância com o transformador criado por William Stanley, levou à transmissão a grandes distâncias e o uso doméstico da energia elétrica, que, por possuir facilidade de transporte e de conversão direta em qualquer tipo de energia, conferiram a ela extrema importância.
Das afirmações acima,
a) Apenas I, II e IV estão corretas.
b) Apenas I está correta.
c) Apenas I e III estão corretas.
d) Apenas II e IV estão corretas.
e) Apenas III e IV estão corretas.
Gabarito
Resposta correta: Letra a.
4) Durante o processo constitutivo da Primeira Revolução Industrial, o _______________ destacou-se como o principal combustível e fonte de energia. Posteriormente, sobretudo ao longo do século XX, esse papel passou a ser desempenhando pelo _______________, fato que ocorre até os dias atuais, apesar de seu gradual processo de declínio.
Assinale a alternativa que apresentas as palavras-chaves que completam corretamente o texto acima:
a) Vapor-d’água e gás natural
b) Gás natural e petróleo
c) Petróleo e etanol
d) Carvão mineral e petróleo
e) Carvão mineral e biocombustíveis
Gabarito
Letra d.
5) No ano de 2002 o Jornal O Estado de São Paulo realizou a afirmação de que assim como a Idade da Pedra chegou ao fim, não porque faltassem pedras, a era do petróleo também chegará ao fim, e que também não será por falta de petróleo. Baseado no texto do jornal, responda verdadeiro ou falso para as afirmações a seguir justificando sua resposta.
I. O fim da era do petróleo se associa com a redução e o esgotamento das reservas de petróleo, além da diminuição das ações humanas sobre o meio ambiente.
II. A era do petróleo só terá o seu fim com sua substituição por fontes alternativas de energia descobertas pelo desenvolvimento tecnológico.
III. O desenvolvimento dos transportes e o aumento do consumo de energia fará com que o petróleo deixe de ser utilizado.
Gabarito comentado
A primeira alternativa é falsa, pois não será o esgotamento do petróleo que determinará o seu desuso de acordo com o texto do jornal; a segunda afirmativa é verdadeira, visto que o petróleo começa a declinar à medida que as tecnologias permitem o uso de combustíveis ecologicamente mais corretos e/ou economicamente mais viáveis; a terceira afirmativa é falsa, visto que o aumento do uso do petróleo nos transportes e na produção e consumo de energia não determinará o seu desuso, mas sim a diminuição dessas relações.
6) Utilize os números para correlacionar os grupos de verbos às suas categorias de domínio cognitivo:
Conhecimento 1
 Compreensão 2
 1ª Aplicação 3
 2ª Análise 4
 3ª Síntese 5
 Avaliação 6
a) Apreciar, avaliar, criticar, justificar, medir
2
b) Classificar, esclarecer, examinar, resolver, selecionar
3
c) Construir, demonstrar, interpretar, produzir, relatar
1
d) Apontar, definir, enumerar, memorizar, reconhecer
6
e) Construir, demonstrar, interpretar, produzir, relatar
5
f) Apontar, definir, enumerar, memorizar, reconhecer
4
Gabarito
a) 2 / b) 3 / c) 1 / d) 6 / e) 5 / f) 4
2