Prévia do material em texto
1 CONSTRUÇÃO E ACIONAMENTO ELETRÔNICO DE UM MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA. CACOAL 2020 ANDRE VIRGILIO DA SILVA AUGUSTO GUILHERME ADAMINSKI JEFFERSON CUNHA SILVA SISTEMA DE ENSINO PRESENCIAL CONECTADO ENGENHARIA ELÉTRICA 2 ANDRE VIRGILIO DA SILVA AUGUSTO GUILHERME ADAMINSKI MATIAS JEFFERSON CUNHA SILVA CONSTRUÇÃO E ACIONAMENTO ELETRÔNICO DE UM MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA. Trabalho apresentado na Universidade Norte Do Paraná, como parte integrante dos requisitos para a avaliação na disciplina de Resistência de Materiais; Eletrônica Analógica II, Conversão Eletromecânica de Energia, Eficiência Energética e Qualidade de Energia, Maquinas Elétricas I, Seminário Interdisciplinar VII., sob a orientação dos Professores: Giancarlo M. Gaeta Lopes; Katielly Tavares dos Santos; Lucas A. dos Santos Claudino; Renato Miamoto Kazuo. CACOAL 2020 3 SUMÁRIO Sumário 2.1 Motores CC 2.2 Características do Motor de Corrente Contínua ................................................... 10 2.3 Princípio de Funcionamento do Motor de Corrente Contínua ............................ 11 2.3.1 Classificação dos Motores de Corrente Contínua ......................................... 12 2.3.2 O controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente ................................................................................................................... 14 2.3.3 Controle pela tensão aplicada na armadura (V): ............................... 14 2.3.4 Controle pela tensão aplicada no campo ( ): ................................... 15 2.3.5 Controle por adição de resistência na armadura (Ra): ................... 16 2.4 Fonte de Energia ....................................................................................................... 16 2.4.1 Fontes de Energia não Renováveis ...................................................... 17 2.4.2 Energia Nuclear ..................................................................................................... 20 2.4.3 Fontes de energia renováveis ................................................................................ 21 2.4.4 Energia Hidráulica ................................................................................................ 22 2.4.5 Energia Solar ......................................................................................................... 23 2.4.6 Energia Eólica ....................................................................................................... 24 2.4.7 Biomassa ................................................................................................................. 25 2.4.8 Energia Geotérmica .............................................................................................. 26 2.4.10 - Hidrogênio ......................................................................................................... 28 2.5 Vantagens da Energia Hidrelétrica ....................................................................... 29 2.5.1 Desvantagens da Energia Hidrelétrica ............................................................... 30 2.5.2 Vantagens da energia solar ........................................................................... 31 2.5.3 Desvantagens da energia solar .................................................................... 31 4 1 INTRODUÇÃO Neste trabalho apresentaremos as prinipais caracteristicas do motor CC, seu funcionamento. As máquinas de corrente contínua podem ser utilizadas tanto como motor quanto como gerador. Porém, uma vez que as fontes retificadoras de potência podem gerar tensão contínua de maneira controlada a partir da rede alternada, pode-se considerar que, atualmente, a operação como gerador fica limitada aos instantes de frenagem e reversão de um motor. Os motores de CC surgiram como uma forma de solucionar os problemas, pois sua velocidade pode er continuamente mediante a cvaraição da tensão de alimentação, apresentando torque constante em toda faixa de velocidade. Também serão relatados os sistemas de energias Renováeis e suas vantagens e desvatangens. 5 2 DESENVOLVIMENTO O desafio agora é analisar as características do motor CC criado, para verificar se suas características estão de acordo com os requisitos. Você, como engenheiro responsável pelo projeto, extraiu o circuito equivalente do motor, sendo ele da seguinte forma: Figura 1: circuito equivalente do motor CC. Aonde os seguintes parâmetros compõem o modelo: • 𝐸𝐴: tensão de armadura; • 𝑅𝐴: resistência de armadura; • 𝑅𝑎𝑗: resistência interna das bobinas de campo; • 𝑅𝐹: resistência de campo; • 𝐿𝐹: indutância de campo; • 𝑉𝑇: tensão nominal; • Queda de tensão nas escovas é desprezível. O motor que você desenvolveu é uma máquina CC em derivação de 70 HP, tensão nominal de 250 V e rotação nominal 1800 rpm, com enrolamentos de compensação. A resistência de armadura (considerando também as escovas, os enrolamentos de compensação e os interpolos) é igual a 0,08 Ω. O circuito de campo possui resistência total igual a 55 Ω, produzindo uma velocidade a vazio de 1800 rpm. Há 1800 espiras por polo no enrolamento do campo em derivação. A partir dessas características, a fim de avaliar o desempenho e as características do motor construído, responda aos seguintes itens: 6 a) Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é igual a 50 A; b) Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é igual a 100 A; c) Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é igual a 150 A; d) Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é igual a 200 A; e) Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é igual a 300 A; f) Através dos valores obtidos e mais alguns cálculos, plote a características de conjugado vs. velocidade do motor. 7 8 9 2.1 Motores CC Motores de corrente contínua é preciso conhecer o seu princípio de funcionamento, o princípio de funcionamento de diversos dispositivos eletrônicos que normalmente aparecem em aparelhos comerciais comuns. Um desses dispositivos não é propriamente eletrônico, mas aparece numa infinidade de aplicações e é controlado a partir da eletrônica. Diversos aparelhos eletrônicos possuem recursos mecânicos que são mais ou menos automatizados e quando isso ocorre, obrigatoriamente temos a presença de um ou mais motores de corrente contínua. Motores com os mais diversos aspectos, potências e tamanhos são encontrados nos aparelhos que já citamos. Muitos processos industriais necessitam operar com velocidade de rotação variável. Como solução pode-se adotar a troca de relação de polias, caixas mecânicas de redução ou sistemas de fricção. Entretanto estas soluções implicam na parada do processo para se realizar a alteração além de uma operação de baixo rendimento. Dentre os tipos de motores, o motor de corrente contínua foi o primeiro a ser utilizado na indústria e destaca-se pela simplicidade em se controlar a velocidade de rotação e o torque. Motor CC de pequena potência Motor CC industrial Desta forma, conhecendo estes defeitos e estes princípios de funcionamento entenderemos muito mais os procedimentos para detectar problemas dos aparelhos que os usem e fazer sua reparação. 10 2.2 Características do Motor de Corrente Contínua As características construtivas pode-se dividir o motor de corrente contínua em duaspartes distintas sendo uma fixa (estator ou campo) e outra móvel (rotor ou armadura). Rotor e Estator • Estator ou Campo – É a parte fixa, possui sapatas polares formadas por pacotes de lâminas de aço silício justapostas. Em torno das sapatas polares se enrolam fios condutores, formando bobinas. • Rotor ou Armadura – O rotor é a parte móvel do motor, ligada ao eixo de transmissão de movimento. O rotor possui um pacote de lâminas de aço silício apresentando ranhuras onde são instaladas as bobinas do rotor. Os terminais destas bobinas são conectados eletricamente ao coletor. • Coletor ou Comutador – O coletor conecta eletricamente as bobinas do rotor através de escovas de carvão à fonte de energia elétrica, de modo a permitir a movimentação do rotor sem causar curto-circuitos. 11 Coletor • Escovas – são constituídas de carvão grafite ou carbono. As escovas conduzem a energia da fonte externa para os contatos do comutador e as bobinas do rotor. Devido ao permanente atrito das escovas com o anel coletor do rotor, torna-se necessária a manutenção periódica com a substituição do par de escovas. Conjunto porta-escovas e as escovas de carvão 2.3 Princípios de Funcionamento do Motor de Corrente Contínua A condição inicial para a operação do motor CC é a produção do fluxo magnético estatórico. Este fluxo magnético é obtido aplicando-se corrente contínua nas bobinas estatóricas. Surgem então pólos magnéticos ao redor das peças polares, que passam a ser eletroímãs com polaridades fixas. Uma corrente contínua de uma fonte externa deve circular através das escovas, comutador e bobinas do rotor, produzindo assim pólos magnéticos no rotor. Os pólos do rotor são atraídos pelos pólos do estator, assim, como resultado tem- se uma força magnética. O rotor é uma peça móvel montada sobre mancais permitindo o seu giro. Devido a ação das forças magnéticas entre estator e rotor o rotor busca uma nova condição de equilíbrio deslocando-se angularmente. Como as bobinas do rotor são alimentadas eletricamente através do 12 coletor e escovas apesar do deslocamento inicial, novas bobinas são alimentadas produzindo novamente forças magnéticas. O resultante destas forças magnéticas atuando sobre o rotor e o seu movimento rotacional é chamado de conjugado motor. Ação dos campos magnéticos A máquina de corrente contínua de forma simplificada é formada campo (estático) e uma armadura (girante). O campo é formado pelos enrolamentos do estator sendo o responsável pela geração do fluxo magnético principal . A armadura é formada pelo rotor, seus enrolamentos e o conjunto de escovas e coletor. Durante a operação o motor é percorrido por duas correntes If e Ia respectivamente no campo e na armadura. A corrente elétrica é fornecida para a armadura através das escovas e do coletor. Enquanto a corrente de excitação If é aplicada diretamente ao campo, corrente está responsável pela produção do fluxo magnético principal . 2.3.1 Classificação dos Motores de Corrente Contínua Nos motores de CC, as bobinas utilizadas para produzir o campo magnético estatórico têm aspectos diversos, de acordo com o tipo de excitação, permitindo a divisão das máquinas de CC em categorias que são: • Motores auto-excitados: ▪ Motor com excitação em série; ▪ No motor com excitação em série as bobinas de campo, que constituem os 13 eletroímãs, ficam em série com o enrolamento da armadura e ambos constam de poucas espiras de fio grosso, o que garante ao motor um alto co- Motor com excitação em paralelo. No motor com excitação em paralelo ou shunt ou derivação o conjunto das bobinas de campo fica em paralelo com o enrolamento da armadura e são feitas com um grande número de espiras de fio fino porque a corrente elevada necessária na condição de plena carga circula através do enrolamento de armadura. Este motor tem uma velocidade praticamente constante, mesmo com ampla variação de carga. ▪ Motor com excitação composta. O motor com excitação composta ou série-paralela é uma combinação do motor série com o paralelo. A parte em série do enrolamento de campo auxilia (composto cumulativo) ou se opõe (composto diferencial) à parte paralela do enrolamento de campo, sendo a composição diferencial pouco usada. O motor composto cumulativo tem a velocidade e a característica de partida entre os motores série e shunt, tendo mais conjugado de partida que o motor shunt por causa da parte série do campo. Motor com excitação em série Motor com excitação em paralelo Motor com excitação composta 14 • Motores com excitação independente. No motor com excitação independente as bobinas de campo apresentam características semelhantes às do motor shunt e são alimentadas por uma fonte de tensão CC independente. Motor com excitação independente 2.3.2 O controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente O controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente pode ser dividido basicamente em: • Controle pela tensão aplicada na armadura (V); • Controle pela tensão aplicada no campo ( ); • Controle por adição de resistência na armadura (Ra). 2.3.3 Controle pela tensão aplicada na armadura (V): No controle pela armadura mantém-se a tensão e a corrente no campo constantes, desta forma o fluxo magnético produzido no campo também é constante. Varia-se a tensão aplicada na armadura (V) e por conseqüência a rotação da máquina, seguindo uma relação direta entre a tensão da armadura e a rotação da máquina. Neste método o torque permanece constante e a potência varia proporcionalmente com a velocidade. Os motores CC com excitação independente e controle pela tensão aplicada na armadura são utilizados normalmente em acionamentos de máquinas operatrizes, tais como: ferramentas de avanço, bombas a pistão, compressores, etc. Aplicações onde é necessário um torque constante em toda a faixa de rotação. 15 Controle pela Armadura Os motores CC com excitação independente e controle pela tensão aplicada na armadura são utilizados normalmente em acionamentos de máquinas operatrizes, tais como: ferramentas de avanço, bombas a pistão, compressores, etc. Aplicações onde é necessário um torque constante em toda a faixa de rotação. Controle pela Armadura 2.3.4 Controle pela tensão aplicada no campo ( ): No controle pelo campo, mantém-se a tensão de armadura constante e varia-se a corrente de excitação (If). Como o fluxo magnético é proporcional a corrente de excitação, diminuindo-se If diminui-se o fluxo magnético () e aumenta- se a velocidade de rotação N da máquina. No controle de campo a potência permanece constante enquanto a rotação se eleva e o torque se reduz. Este processo de aumento da velocidade de rotação pela diminuição do fluxo é conhecido por enfraquecimento de campo. O controle pelo campo é utilizado em acionamentos de máquinas de corte periférico, como chapeamento de tiras, tornos, bobinadeiras, máquinas têxteis, etc. 16 Controle pelo Campo 2.3.5 Controle por adição de resistência na armadura (Ra): Além dos métodos de controle pelo campo e controle pela armadura, verifica-se que variando a resistência da armadura também se obtém uma variação na velocidade do motor. Para se conseguir esta variação coloca-se em série um reostato com a armadura do motor e através da variação do valor do reostato consegue-se variar a velocidade do motor. Neste método existe uma perda considerável de energia devido à potência dissipada no reostato adicional. Controle pela Adição de Resistência na Armadura 2.4 Fonte de Energia 17 2.4.1 Fontes de Energia não Renováveis As fontes de energia que pertencema este grupo são finitas ou esgotáveis. Para a maioria delas, a reposição na natureza é muito lenta, pois resulta de um processo de milhões de anos sob condições específicas de temperatura e pressão. Quanto mais usamos as fontes de energia não renováveis, menos teremos no estoque total. São exemplos de fontes não renováveis de energia: petróleo, carvão mineral, gás natural e nuclear. As fontes de energia não renováveis também são conhecidas como fontes de energia convencionais, quando formam a base de suprimento (fornecimento) de energia. Como podemos usá-las sem que o estoque acabe rapidamente? Explorando racionalmente os recursos existentes; promovendo a eficiência no uso e investindo em ciência e tecnologia para o desenvolvimento de fontes renováveis (eólica, hidrelétrica, solar, entre outras) que possam substituir as não renováveis. Atualmente, grande parte de energia consumida no mundo é proveniente de fontes não renováveis, porque as características dessas fontes são bem conhecidas, possuem um rendimento energético elevado (poucas perdas de energia no processo de transformação), preços atrativos, geram muitos empregos e possuem infraestrutura construída para geração e distribuição (usinas, dutos, ferrovias e rodovias). Os principais usos das fontes não renováveis são: 1- na geração de eletricidade, 2- como combustível nos transportes de cargas e de pessoas e 3- no aquecimento de casas. Algumas fontes não renováveis de energia, como o petróleo e o carvão mineral, são responsáveis por grande parte da emissão (liberação) de gases de efeito estufa na atmosfera, visto que estas fontes são combustíveis (precisam ser queimadas para gerar energia) e liberam gases poluentes, que impactam a saúde e o meio ambiente. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/o-que-sao-combustiveis 18 As fontes fósseis são: o carvão mineral, o gás natural e o petróleo e seus subprodutos. Estes recursos foram formados há milhões de anos, a partir do depósito de matéria orgânica (plantas e animais mortos) submetida a condições especiais de temperatura e pressão. O petróleo e o gás natural ocorrem em regiões denominadas pelos geólogos (estudiosos das rochas) "bacias sedimentares", que são áreas sob a superfície terrestre que, por terem sido mais baixas e planas que o terreno em volta, permitiram o depósito de matéria orgânica, além de sedimento (fragmentos de rochas). As bacias sedimentares podem ser marinhas (como representado no desenho acima) ou terrestres. Nessas bacias sedimentares, o petróleo e o gás natural são encontrados em poros (buracos muito pequenos) dentro de rochas sedimentares (também chamadas de rochas reservatórios). Dentre os maiores produtores atuais de petróleo e gás natural estão Rússia, Arábia Saudita, Estados Unidos e Iraque . Em alguns locais, como no Canadá, pode ser encontrado petróleo em areias próximas à superfície. No Brasil, o petróleo tem sido produzido principalmente no litoral da região Sudeste. Você já deve ter ouvido falar também do petróleo do "Pré-sal", que também fica nessa região . Esse petróleo encontra-se a grandes profundidades e abaixo de camadas de sal encontradas no subsolo marinho. O Petróleo além da energia. O petróleo está na sua vida muito mais do que somente para movimentação de máquinas e veículos. Ele está presente 24 horas por dia. Quando você acorda de manhã, vai escovar os dentes com uma escova de plástico proveniente do petróleo. A água que você utiliza percorre seu caminho até a torneira em tubos de PVC, uma substância proveniente de petróleo. Roupas, meias e sapatos podem ter derivados de petróleo. Na sua casa existem utensílios de plástico para guardar e conservar alimentos, garrafas de plástico para guardar água, leite, sucos e refrigerantes. Os alimentos foram produzidos com adubos e defensivos agrícolas cuja base é o 19 petróleo. Na escola, o material que você usa, como: caneta, cola, durex, tintas e pincéis contém produtos de petróleo. Enfim, você pode observar o seu dia a dia e verá a importância do petróleo na sua vida e de milhões de pessoas no mundo. E no fim do dia quando você for dormir, continuará utilizando petróleo: se o seu colchão e travesseiro forem de espuma, você dorme sobre produtos derivados do petróleo. Na área de energia, Onshore e Offshore são termos usados para localizar as bacias sedimentares onde estão sendo explorados o petróleo e o gás natural. Onshore significa na parte terrestre e Offshore significa que a exploração é nas bacias sedimentares marítimas. Já o carvão mineral se encontra em "jazidas" (locais onde haviam florestas e pântanos que deram origem a esse recurso), que se formaram há mais de 200 milhões de anos, no Brasil, o carvão mineral ocorre predominantemente na região Sul. As fontes fósseis são utilizadas em equipamentos especiais, como caldeiras e motores, onde a energia armazenada nas suas ligações químicas é convertida em formas de energia útil (elétrica - nas termelétricas ou cinética - nos veículos). No Brasil, utilizamos o gás natural também como fonte de energia térmica (calor) para cozinhar e aquecer a água do banho. Ao queimarmos carvão mineral, petróleo ou gás natural produzimos alguns gases poluentes e gases do efeito estufa (veja as consequências em Energia e Aquecimento Global). Além disso, pode haver outros impactos ambientais ao longo da cadeia do petróleo, por exemplo, vazamentos de óleo na extração ou no transporte por dutos, caminhões ou embarcações, mas os responsáveis por essa questão (empresas da área do petróleo e instituições de defesa do meio ambiente) estão sempre atentos e se esforçando para que não aconteçam. No caso do carvão, a mineração (extração do carvão da terra) tem que ser feita com muito cuidado, para que a chuva não leve resíduos para os rios. http://www.petrobras.com.br/fatos-e-dados/conheca-os-derivados-do-petroleo-que-fazem-parte-do-cotidiano.htm http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/formas-de-energia http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/formas-de-energia http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/o-que-sao-combustiveis http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/energia-e-aquecimento-global 20 Também deve se dar atenção à saúde de quem trabalha na extração de petróleo, gás natural e carvão, para evitar acidentes e contaminações. 2.4.2 Energia Nuclear Como vimos em "Formas de Energia" (Energia elétrica), "Se você pudesse olhar qualquer material com uma super lupa você veria que ela é composta por moléculas (partes menores) e essas moléculas, vistas por uma lupa mais potente ainda, são formadas por átomos." A energia nuclear é proveniente de reações que ocorrem no núcleo de certos átomos chamados de radioativos. Estas reações, em geral, dividem um átomo de um elemento químico em dois átomos diferentes liberando uma grande quantidade de energia. Quando isso acontecesse, dizemos que ocorreu a "fissão nuclear". Na natureza, o único elemento natural que encontramos para realizar a fissão nuclear é o Urânio. O urânio é um mineral encontrado na natureza com relativa abundância e antes de ser usado, passa por processos de purificação e concentração (chamados enriquecimento). A energia liberada durante o processo de fissão aquece um líquido, geralmente a água, produzindo vapor, que em alta pressão movimenta as turbinas que, por sua vez, acionam geradores elétricos. As usinas nucleares são projetadas especialmente para o aproveitamento eficiente do calor gerado na fissão nuclear. Esta fonte é esgotável e não renovável. É considerada uma fonte de energia limpa, pois não produz gases de efeito estufa (também chamados GEE - veja mais sobre esse assunto no item Energia e Aquecimento Global). Após o aproveitamento da energia do urânio, o rejeito (material que sobra da reação química) deve ser armazenado para evitar contaminação das pessoas e do ambiente, porque continua radioativopor longo tempo. Outra preocupação é com possíveis acidentes de vazamento de radiação na usina, mas essa possibilidade é muito reduzida, pois a tecnologia atual dispõe de diversos mecanismos de segurança. Existem duas usinas nucleares brasileiras em operação (Angra I e Angra II) e uma em construção (Angra III), todas em Angra dos Reis, estado do Rio de Janeiro. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/energia-e-aquecimento-global 21 http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia Dentro do reator ocorrem reações que podem transformar parte do urânio em outro elemento, o Plutônio, que pode ser utilizado também para obter energia ou em armamentos atômicos. A radiação nuclear pode ser empregada ainda na medicina (Raio-X e Radioterapia), indústria, particularmente a farmacêutica, na agricultura e na arqueologia ( datação de objetos antigos). 2.4.3 Fontes de energia renováveis As fontes de energia que pertencem a este grupo são consideradas inesgotáveis, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São exemplos de fontes renováveis: hídrica (energia da água dos rios), solar (energia do sol), eólica (energia do vento), biomassa (energia de matéria orgânica), geotérmica (energia do interior da Terra), oceânica (energia das marés e das ondas) e hidrogênio (energia química da molécula de hidrogênio). Algumas dessas fontes apresentam variação na geração de energia elétrica ao longo do dia ou do ano, como é o caso da eólica, que não é usada quando não há ventos e a energia solar, à noite. No caso da fonte hídrica, podem ocorrer estiagens (secas). As fontes renováveis de energia são consideradas limpas, pois emitem menos gases de efeito estufa (GEE) que as fontes fósseis e, por isso, estão conseguindo uma boa inserção no mercado brasileiro e mundial. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia 22 2.4.4 Energia Hidráulica A energia gerada por esta fonte vem do aproveitamento da água dos rios. Nas usinas hidrelétricas, as águas movem turbinas que transformam a energia potencial (da água) em energia mecânica e, por fim, em elétrica. Esta fonte é variável ao longo do ano, porque depende do quanto chove nas cabeceiras dos rios, afinal, é essa água que irá mover as turbinas. Também devemos considerar que, para que haja bom funcionamento de uma usina hidrelétrica, a ação de conservação ambiental na bacia hidrográfica é essencial. Os riachos correm por um terreno e se juntam para formar um rio maior (principal). Esse terreno é a bacia hidrográfica e leva o nome do seu rio principal. A conservação da vegetação natural no entorno das nascentes e nas margens dos rios da bacia é importante para manter o fluxo de água e impedir a erosão das margens e o acúmulo de sedimentos no rio. Para diminuir a variação na produção de energia ao longo do ano, algumas usinas são construídas com os chamados reservatórios de acumulação. Eles servem para guardar a água no período chuvoso para usar durante a seca. A água guardada não só gera energia, mas também pode ajudar no abastecimento das cidades, na irrigação das lavouras, na navegação, entre outros usos. A construção de uma barragem prejudica os peixes que se deslocam ao longo do rio em busca de locais para reprodução, mas para diminuir esse problema, podem ser construídas passagens artificiais. Além disso, o alagamento de áreas pode causar o deslocamento de pessoas que moram por ali e atrair outras pessoas que vem trabalhar na construção da usina. O quanto essas questões serão importantes vai depender do tamanho da usina e das características do rio e da região onde for construída. Por isso, antes da instalação de grandes empreendimentos, realizam-se os Estudos de Impacto Ambiental (EIA), que preveem os impactos e quais as ações necessárias para mitigá-los (diminuí-los). A Usina hidrelétrica de Itaipu, localizada em Foz do Iguaçu/PR, é a maior hidrelétrica do Brasil e a que mais gera energia elétrica no mundo. Ela é responsável por boa parte da energia elétrica utilizada na região sudeste do Brasil. https://www.itaipu.gov.br/ 23 A maior fonte de energia elétrica no Brasil é a hídrica. Mas, como vimos, ela é variável ao longo do ano, então precisamos de outros tipos de usinas para garantir a energia quando a hídrica não é suficiente. Hoje, as usinas termelétricas, principalmente as que usam gás natural como fonte, são as mais utilizadas. Mas gerar eletricidade por termelétricas é mais caro que gerar por hidrelétricas e essa variação se reflete na conta de luz que pagamos. Na conta de luz da sua casa, isso está sinalizado com bandeiras coloridas. Quando a bandeira está vermelha, estamos usando muitas termelétricas. Quando está amarela, precisamos de algumas termelétricas e quando está verde, as hidrelétricas são as que estão gerando mais: Fonte: CPFL Energia 2.4.5 Energia Solar A energia solar é uma fonte inesgotável que pode ser aproveitada na forma de calor ou na forma de luz. Para aproveitamento do calor, os raios do sol atingem a superfície dos painéis coletores térmicos, que aquecem a água no seu interior. A água quente pode ser utilizada nas residências (chuveiros, piscinas, torneiras, máquina de lavar, etc.), em processos industriais ou na geração de eletricidade. https://www.cpfl.com.br/atendimento-a-consumidores/bandeira-tarifaria/Paginas/default.aspx 24 A eletricidade pode ser gerada diretamente a partir da luz (nos painéis fotovoltaicos) ou através do aproveitamento do calor (na usina heliotérmica). Nos painéis fotovoltaicos, a radiação solar (luz) interage com um material semicondutor (geralmente, o silício), gerando eletricidade diretamente. Os sistemas fotovoltaicos não geram eletricidade à noite. As áreas no Brasil com melhor incidência de radiação solar estão localizadas na região Nordeste. As usinas solares fotovoltaicas (formada pro um conjunto de painéis) precisam ser instaladas em áreas sem cobertura vegetal, portanto as áreas já desmatadas podem ser escolhidas, diminuindo a degradação do meio ambiente. Painéis (ou placas) solares também podem ser instalados em telhados de casas, shoppings e estacionamentos. Isto é chamado de Geração Distribuída ou microgeração. O custo das placas solares ainda é elevado, mas está cada vez mais acessível no Brasil. Nas usinas solares chamadas de usinas heliotérmicas é utilizada a energia solar concentrada. A energia solar concentrada é produzida com a ajuda de diversos espelhos que direcionam a energia do sol em um ponto para aquecer a água, que será transformada em vapor. Este vapor irá girar uma turbina, gerando eletricidade. 2.4.6 Energia Eólica A energia eólica é obtida através do aproveitamento do vento, que é o movimento das massas de ar. Para transformar a energia dos ventos em energia elétrica são usados aerogeradores, que possuem imensas hélices que se movimentam de acordo com a quantidade de vento no local. Essas hélices, em geral, possuem o tamanho de uma asa de avião e são instaladas em torres de até 150 metros de altura. Uma usina eólica utiliza um recurso energético renovável e não polui a atmosfera durante sua operação. Esta fonte só pode ser aproveitada nos momentos em que há vento suficiente. No sul e no nordeste do Brasil, os ventos são abundantes e permitem a instalação de vários “parques eólicos” (conjuntos de aerogeradores; equivalentes às usinas). 25 Mas deve-se tomar cuidado ao instalar parques eólicos em locais que ofereçam muito risco às aves, que podem bater nas hélices dos aerogeradores. Também se deve cuidar para não prejudicar os ambientes naturais com as obras para implantação do parque. 2.4.7 Biomassa Toda a matéria vegetal e orgânica existente, biomassa, pode ser utilizada na produção de energia. A lenha, bagaço de cana-de-açúcar, cavaco de madeira, resíduos agrícolas, algas,restos de alimentos e até excremento animal que, após sua decomposição, produzem gases que são usados para gerar energia. A biomassa também pode ser queimada diretamente, como no fogão a lenha, para aproveitamento do calor. Ou ainda pode ser utilizada para aquecer água e produzir vapor em alta pressão, que é usado para acionar turbinas e geradores elétricos. No Brasil, a biomassa mais utilizada para geração de eletricidade em atualmente é oriunda da cana-de-açúcar, plantada e processada principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste. Biocombustíveis – a biomassa pode também originar compostos tais como álcool (etanol), óleos vegetais e gorduras, que são processados e usados como combustíveis (veja mais em O que são combustíveis). Os materiais mais usados vêm da soja, cana-de-açúcar, mamona e milho. Assim como para a biomassa, a produção de biocombustíveis ocorre principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste. O cultivo de produtos agrícolas usados como fonte de geração de energia requer cuidados conservacionistas, como: evitar o desmatamento de áreas naturais para iniciar novas áreas de plantio, uso controlado de agrotóxicos e fertilizantes e controle de resíduos. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/o-que-sao-combustiveis 26 2.4.8 Energia Geotérmica A energia geotérmica ou energia geotermal (do grego geo: terra; térmica: calor) é a energia obtida do calor presente no interior da Terra. Circundando o núcleo existe uma camada chamada manto que é formada por magma (semelhante à lava dos vulcões) e rocha, e a última camada, mais externa é a crosta terrestre, onde habitamos. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia A crosta terrestre tem espessura variável e é fraturada em vários "pedaços" (fissuras), conhecidos como placas tectônicas. O magma formado no manto pode emergir para a superfície próximo dos limites dessas placas, como por exemplo, em erupções vulcânicas. Essas rochas que absorvem o calor do magma estão em alta temperatura, aquecendo também as águas subterrâneas que podem emergir como gêiseres (nascente termal ou minas de água quente). http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia 27 Para a geração elétrica, perfura-se o subsolo onde há grande quantidade de vapor e água quente, os quais devem ser retirados por dutos e conduzidos a um gerador na superfície da terra para a transformação da energia geotérmica em elétrica. É uma fonte de energia renovável porque o calor é produzido continuamente nessas camadas internas da Terra. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia Esta fonte é utilizada geralmente em regiões com alta atividade vulcânica ou encontros de placas tectônicas. São exemplos os países: Islândia, Itália e Estados Unidos. 2.4.9 Energia Oceânica A energia gerada a partir desta fonte vem dos oceanos, de onde se aproveita o movimento das águas. Essa energia pode vir das ondas, das marés e das correntes marinhas, transformando a energia mecânica dos oceanos em energia elétrica. O aproveitamento dessa fonte ainda está em desenvolvimento, havendo poucas usinas em operação no mundo. • Para o aproveitamento desta energia, é construída uma barragem em locais de grande amplitude de maré, onde a passagem da água gira uma turbina, transformando a energia cinética em eletricidade (maremotriz). http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia 28 2.4.10 - Hidrogênio O hidrogênio é o menor elemento químico conhecido e está muito presente no nosso dia-a-dia, principalmente combinado com outros elementos, formando, por exemplo, água, plásticos, pães, seres vivos, etc. Já sua forma pura, gasosa, encontra-se em pequena quantidade na atmosfera. O hidrogênio para ser uma fonte de energia, precisa ser gerado, por isso, ele é considerado uma fonte secundária de energia e não é naturalmente reposto pela natureza. Atualmente, o hidrogênio é aplicado como matéria prima na síntese de diversos produtos e seu uso como fonte combustível ainda está em desenvolvimento. O processo de geração de energia ocorre a partir da reação do hidrogênio com oxigênio, produzindo calor sem a emissão de poluentes atmosféricos e geração de resíduos. Além disso, o hidrogênio pode também ser convertido em eletricidade por meio de células combustíveis. http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia As células combustíveis são equipamentos onde ocorre uma reação química semelhante à que ocorre em pilhas e baterias, mas nas células combustíveis, deve-se sempre fornecer hidrogênio, seja na forma pura ou em um composto (geralmente gasoso ou líquido) rico nesse elemento. Dentro da célula combustível o hidrogênio se separa em duas partes: uma delas se associa ao oxigênio (gás importante para a nossa respiração), liberando calor e tendo como produto a água; a outra parte do hidrogênio, passa por um fio metálico, gerando a corrente elétrica. No entanto, para obter hidrogênio na sua forma gasosa, deve-se utilizar energia. O hidrogênio pode ser produzido a partir de várias fontes e a forma mais comum é a partir de combustíveis fósseis, como o gás natural e carvão mineral. Pesquisas tentam viabilizar sua obtenção a partir da quebra das moléculas de http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia 29 água usando eletricidade de fontes renováveis (solar, vento) e também a partir da biomassa. • De maneira muito similar ao que ocorre numa usina eólica, o movimento da corrente marinha gira uma turbina, transformando energia cinética em eletricidade. • O movimento das ondas provoca oscilação de cilindros internos. Esses cilindros pressionam óleo a passar por motores. A rotação desses motores aciona geradores elétricos, produzindo eletricidade. • O movimento das ondas empurra os flutuadores para cima e para baixo e permite acumular água sob alta pressão numa câmara interna. Essa câmara libera jatos d'água sobre uma turbina ligada a um gerador de eletricidade. Dessa forma, há transformação da energia cinética das ondas em energia elétrica. Seria viável para nosso cliente a utilização das fontes de Energia Hidráulica (Mini Hidrelétrica) ou Energia solar devido sua localização geográfica e recursos existentes em sua localidade. 2.5 Vantagens da Energia Hidrelétrica Segundo dados da Eletrobrás Centrais Elétricas Brasileiras, são algumas das vantagens do uso de energia hidrelétrica no Brasil: • Uso de fontes renováveis de energia, uma vez que a água é considerada como uma fonte renovável. • Viabilidade do uso de outras fontes renováveis, de modo que a flexibilidade e a capacidade de armazenamento das usinas são meios eficientes para dar suporte ao uso de outras modalidades de energia renovável, como é o caso da eólica e solar. • Não poluição do ar, já que as hidrelétricas não produzem poluentes para lançar na atmosfera, nem subprodutos tóxicos em suas atividades. • Supostamente as usinas hidrelétricas auxiliam no combate às mudanças climáticas, já que os reservatórios teriam capacidade de absorção de gases do efeito estufa. 30 • Os reservatórios coletam água das chuvas, considerada potável, a qual pode ser também utilizada para consumo humano, bem como para irrigação em lavouras, dentre outras funções. • A energia elétrica é considerada como uma fonte energética de baixo custo, sendo que este é revertido ao consumidor final. • As hidrelétricas trazem além da eletricidade, o desenvolvimento em relação às infraestruturas, impulsionando a construção de estradas e comércios, melhorando a vida das comunidades. • A energia hidrelétrica é considera limpa e barata, e não corre o risco de esgotamento, sendo que as hidrelétricas possuem uma ampla vida útil. • As hidrelétricassão consideradas como meios pelos quais é possível se alcançar o desenvolvimento sustentável. 2.5.1 Desvantagens da Energia Hidrelétrica Nem tudo é perfeito quando se fala em uso de energia hidrelétrica, pois existem também vários problemas relacionados a este recurso. • Expropriações de comunidades, já que em muitas ocasiões as áreas nas quais são instaladas as usinas já eram anteriormente ocupadas por comunidades indígenas ou tradicionais. • Desmatamento, perda do equilíbrio do ecossistema, já que as áreas onde as hidrelétricas são construídas são amplas e, consequentemente, ocorre uma perda em relação às plantas existentes na região. Quando há um desmatamento, pode haver também um desequilíbrio em relação aos ecossistemas locais. A vida aquática é profundamente afetada pela construção de hidrelétricas, havendo perdas de espécies de peixes. • Mudança do clima local, uma vez que o reservatório concentra uma ampla quantidade de água, aumentando a transpiração nos locais onde as hidrelétricas estão instaladas. Assim, podem ser alterados os regimes de chuvas na região, bem como a temperatura. 31 2.5.2 Vantagens da energia solar • A energia solar não polui durante seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controlo existentes actualmente. • As centrais necessitam de manutenção mínima. • Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável. Saiba qual o tempo de vida útil dos painéis solares fotovoltaicos. • A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão. • Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética sua utilização ajuda a diminuir a procura energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão. 2.5.3 Desvantagens da energia solar • Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia. • Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade. https://www.portal-energia.com/qual-o-tempo-de-vida-util-real-de-um-painel-solar/ https://www.portal-energia.com/qual-o-tempo-de-vida-util-real-de-um-painel-solar/ 32 • As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), e a energia hidroelétrica (água). • Os painéis solares têm um rendimento de apenas 25%, apesar deste valor ter vindo a aumentar ao longo dos anos. Saiba quais os painéis solares fotovoltaicos mais eficientes do mercado. https://www.portal-energia.com/descubra-quais-os-paineis-solares-fotovoltaicos-mais-eficientes/ https://www.portal-energia.com/descubra-quais-os-paineis-solares-fotovoltaicos-mais-eficientes/ 33 3 CONCLUSÃO Conclui-se que os motores de corrente continua tem significativa importância no desenvolvimento de serviço e mecanismos, dependendo de sua aplicação seus benefícios são mais confiáveis, dinâmicos, mas também pode ser que isso cause algumas desvantagens em seu custo benefícios como as manutenções. Enfatizamos nesse trabalho as Energias Renováveis existentes no Brasil e Mundo, e suas as vantagens e desvantagens conforme a importância de suas instalações conforme sua característica especifica para sua demanda. 34 4 REFERÊNCIAS https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3414-art476a http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia Fonte: Wikimedia Commons | Autor: Angelo Leithold | Licença Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. http://w3.ufsm.br/fuentes/index_arquivos/CA05.pdf » Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Parte II – Fontes renováveis. Energia Hidráulica. Cap. 03. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/arquivos/pdf/atlas_par2_cap3.pdf. Acesso em 07 set. 2017. » Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Energia Hidráulica. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/04-Energia_Hidraulica(2).pdf. Acesso em 07 set. 2017. » ELETROBRÁS. Vantagens das hidrelétricas. Disponível em: http://www.eletrobras.com/elb/natrilhadaenergia/main.asp?View=%7BC188A694- 4A68-4B73-9C60-2BB973B056D2%7D. Acesso em 07 set. 2017. » VESENTINI, José William. Geografia: o mundo em transição. São Paulo: Ática, 2011. https://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-solar/ https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3414-art476a http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/fontes-de-energia https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ItaipuAerea2AAL.jpg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ItaipuAerea2AAL.jpg http://w3.ufsm.br/fuentes/index_arquivos/CA05.pdf https://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-solar/
Continue navegando
Conteúdos escolhidos para você
29 pág.
120 pág.
37 pág.
Perguntas dessa disciplina
