Formas Alternativas de Energia - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Formas Alternativas de Energia - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia mecanica sobre o estudo das formas alternativas de energia, origem da energia, como ele é produzido e extraído, fases do processo de extração e produção industrial.
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Origem da energia

* Eólica = Os ventos são gerados pela diferença de temperatura da terra e das águas, das planícies e das montanhas, das regiões equatoriais e dos polos do planeta Terra. A energia eólica tem origem na energia solar. É uma forma de energia cinética produzida pelo aquecimento diferenciado das camadas de ar, originando uma variação da massa especifica e gradientes de pressão. Além disso, também é influenciada pelo movimento de rotação da Terra sobre o seu eixo e depende significativamente de influências naturais, como: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude. As formas de aproveitamento dessa energia estão associadas à conversão da mesma em energia mecânica e elétrica.

* Solar = A energia do Sol tem origem na fusão dos núcleos de átomos de hidrogênio e a consequente produção de núcleos de hélio. A superfície do Sol atinge temperaturas da ordem dos 6000 K e a energia que irradia para o espaço atinge a Terra com uma intensidade de cerca de 1373 W/m2(watts por metro quadrado). Parte desta energia é de imediato refletida, enquanto outra parte é absorvida pela atmosfera. Desta forma, num dia de céu limpo, a radiação incidente junto à superfície terrestre num plano perpendicular à radiação direta é aproximadamente 1000 W/m2.

Como ele é produzido e extraído.

Eólica = Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aerogeradores - grandes turbinas colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas tem a forma de um catavento ou um moinho. Esse movimento, através de um gerador, produz energia elétrica. Precisam agrupar-se em parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aerogeradores de baixa tensão quando se trate de requisitos limitados de energia elétrica.

Solar = A intensidade da energia solar disponível em um determinado ponto na Terra depende de uma complicada, mas previsível, o dia do ano, hora e latitude. Além disso, a quantidade de energia solar pode ser recolhida depende da orientação do dispositivo receptor, chamados coletores solares concebidos para recolher energia, muitas vezes após a concentração dos raios do sol da energia, uma vez recolhida, são utilizados em processos térmicos ou fotoelétricos ou fotovoltaicos. Nos processos térmicos, a energia solar é usada para aquecer um gás ou um líquido que é, então, armazenados ou distribuídos. No processo fotovoltaico, energia solar é convertida em eletricidade, sem qualquer intermediário dispositivo mecânico. Os coletores solares podem ser de dois tipos principais: o plano de placa e concentrada.

Descrever as fases do processo de extração e produção industrial.

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Solar = Painéis solares são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia elétrica ou em energia térmica.

* As células solares também se chamam células fotovoltaicas e podem ser encontradas em pequenas aplicações como máquinas de calcular ou até em naves espaciais. Este sistema foi desenvolvido na década de 50 nos EUA na construção dos satélites espaciais.

* Quando a pequena célula solar fica exposta ao sol, os elétrons (círculos vermelhos) libertam- se do seu núcleo deslocando-se. Eles movem-se, para a superfície da placa solar (a azul escuro). As duas extremidades da célula solar estão ligadas por um fio condutor elétrico; assim, o movimento dos elétrons gera uma corrente elétrica. A energia elétrica da célula solar pode então ser usada diretamente nas máquinas.

Para aproveitar a radiação que nos é fornecida empregamos os coletores solares térmicos que absorvem a radiação solar acalorando a água que circula nos tubos, e os painéis fotovoltaicos que por serem constituídos por células solares absorvem a radiação solar agitando os fótons que se movimentam compondo assim uma corrente elétrica.

Eólico = A força do vento gira as rês pás que propulsionam um rotor. Este, se conecta com o eixo principal que move um gerador, dentro da turbina há um multiplicador de velocidade que gira o rotor a 1500 giros por minuto. Isso permite que o gerador produza eletricidade. A eletricidade é enviada por cabos que descem pelo interior da torre e se conectam com uma rede de energia.

Qual impacto ambiental e social decorrente de sua produção e uso e quais medidas estão sendo tomadas para minimizar esses impactos.

Solar = A energia solar como todas as energias renováveis não polui, as centrais necessitam de manutenção mínima, os painéis solares, são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo, em que seu custo vem caindo. Tornando a energia solar uma solução economicamente viável. A energia solar não apresentar qualquer tipo de poluição sonora, contraditoriamente a certas energias. Porém, os preços são mais elevados em relação a outros meios de energia devido à construção, existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica, além de que durante a noite não existe produção alguma durante os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade. Contudo cientistas do Laboratório Nacional de Lawrence Berkely, nos Estados Unidos, desenvolveram uma forma de fazer com que os painéis solares gerem eletricidade também no escuro. A nova tecnologia é de alta eficiência e pode ser fabricada através de processos conhecidos de baixo custo.

As células serão capazes de utilizar quase todo o espectro solar. Com alto investimento no custo de produção, os pesquisadores conseguiram obter respostas ao espectro completo.

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Por enquanto, a descoberta destes cientistas representa apenas um pequeno passo no sentido de aumentar a eficiência e reduzir o custo das células solares. Sabe-se também que outras duas universidades norte-americanas estão investindo em pesquisas com o mesmo objetivo.

* Eólico= As vantagens da energia eólica são inúmeras, além de representar uma fonte de energia renovável: não emitem poluentes nem gases para efeito de estufa (GEE), além de dinamizar atividades econômicas diversas, ligadas à instalação dos projetos (elaboração de projetos, comercialização e instalação – com forte vantagem no que diz respeito à criação de novos postos de trabalho). Os equipamentos de pequeno porte têm impacto ambiental geralmente desprezível. Já os impactos ambientais de parques eólicos podem ser classificados em:

* Uso da terra onde para se instalar as turbinas, deve se ter um espaçamento de no mínimo de 5 a 10 vezes a altura da torre para evitar a perturbação causada no escoamento do vento entre uma unidade a outra. Contudo a área do parque pode ser aproveitada para produção agrícola ou atividades de lazer;

* Ruído, as turbinas quando estão em movimento produzem uma alta poluição sonora. Por isso parques eólicos devem ser construídos em locais com civilização remota.

* Ave, em fazendas eólicas ocorre mortalidade de aves por impacto com as pás das turbinas (acredita-se que os animais não conseguem enxergá-las, quando estão em movimento), por isso não é recomendável a sua instalação em áreas de migração de aves, áreas de reprodução e áreas de proteção ambiental.

* Interferência eletromagnética, esta acontece quando a turbina eólica é instalada entre os receptores e transmissores de ondas de rádio, televisão e micro-ondas, as pás podem refletir parte da radiação eletromagnética em uma direção, tal que a onda refletida interfere no sinal obtido.

Quais as reservas potenciais e em uso dessa energia no Brasil e no mundo;

Solar= Em agosto de 2011 foi inaugurada no município de Tauá, no sertão do Ceará, a MPX Tauá, primeira usina solar fotovoltaica a gerar eletricidade em escala comercial no Brasil. A usina tem capacidade inicial de geração de um megawatt.

Os Estados Unidos são o líder mundial de produção de energia geotérmica, que aproveita o calor do interior da Terra. Na Califórnia, métodos de conservação mantêm o consumo no nível de 1972, apesar de um aumento nacional de 19%. O gasto de eletricidade em geladeiras caiu pela metade. No deserto de Nevada será construída a maior usina solar do mundo. Em São Francisco, a energia eólica (produzida pelo vento) já abastece todo o consumo doméstico de eletricidade.

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Em todo o país, novas turbinas, mais eficientes, derrubaram o custo do gás. Outros países como: Polinésia, Dinamarca, Holanda, Alemanha, Jordânia, Quênia, Botswana, Zimbábue, Paquistão, Israel, Índia, Rússia, Japão, China. Também utilizam tanto a energia Solar quanto a eólica no lugar da elétrica e no uso de gás.

Eólica= A energia eólica no Brasil tinha uma capacidade instalada de 1.000 MW em agosto de 2011,[6] suficiente para abastecer uma cidade de cerca de 400 mil residências. Os 36 parques eólicos e fazendas eólicas do país, em 2009, estavam localizadas no Nordeste (cinco estados), Sul (três estados) e Sudeste (um estado).

O potencial da energia eólica no Brasil é mais intenso de junho a dezembro, coincidindo com os meses de menor intensidade de chuvas. Isso coloca o vento como uma potencial fonte suplementar de energia gerada por hidrelétricas. [7] Em 2009, 10 projetos estão em construção, com uma capacidade de 256 MW, e em 2010, 45 iniciaram sua construção para gerar 2.139 MW, em vários estados.

Os 10 melhores países em energia eólica são:

Estados unidos em 2009, com uma capacidade de produzir energia eólica de 35.000 megawatts, o que lhes conferia o título de líder no mundo. As energias eólicas geram aproximadamente 2% da eletricidade produzida no país.

A China atingindo 25.100 megawatts em 2009, a energia eólica se transformou em um dos componentes-chave para o crescimento da economia do país. A grande massa de terra e o longo litoral fazem da China um país promissor para a produção de energia eólica.

A Alemanha em 2009 produziu aproximadamente 26.000 megawatts em energia eólica. A energia eólica representa aproximadamente sete por cento da eletricidade gerada no país. Em 2006, a única e a mais alta turbina eólica do mundo, “a Fuhrländer, turbina eólica Laasow”, foi construída em Brandebourg. Tem aproximadamente 160 metros de altura e seus rotores têm 295 pés de diâmetro. E mesmo com os críticos, que afirmando que é caro e instável por causa dos padrões irregulares de vento do país, em 2010 a Alemanha abriu seu primeiro parque de energia eólica offshore (próximo à costa), o Alpha Ventus, no Mar do Norte.

Os outros países são a Espanha, Índia, França, Reino Unido, Itália Dinamarca e Portugal.

Como A energia pode contribuir ou não para o desenvolvimento sustentável.

* Eólica

* O grande potencial eólico no mundo aliado com a possibilidade de gerar energia em larga escala, torna esta fonte a grande alternativa para diversificar a matriz energética do planeta e

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reduzir a dependência ao petróleo. Em 2011 na União europeia, ela já representa 6,3% da matriz energética, e no mundo mais de 3,0% de toda a energia elétrica. Finalmente, com tendência de redução nos custos de produção de energia eólica, e com o aumento da escala de produção, deve-se tornar uma das fontes de energia mais barata.

* Solar

* A energia solar é uma boa opção na busca por alternativas menos agressivas ao meio ambiente, pois consiste numa forma renovável e limpa (não emitem poluentes).

* É um ótimo recurso para o desenvolvimento sustentável, apesar de ainda possuir um custo bastante elevado comparado a outras fontes de energia, não sendo muito viável economicamente. Necessita de pesquisas e maior desenvolvimento tecnológico para aumentar sua eficiência e “baratear” seus custos de instalação.

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