Usinas Elétricas
são grandes instalações que geram energia elétrica para as cidades e indústrias.
a) Hidrelétricas
são grandes instalações que geram energia elétrica para as cidades e indústrias.
a) Hidrelétricas
São imensas usinas que convertem energia mecânica da água represada, (que desce por tubulações) em grande quantidade de energia elétrica, suficiente para abastecer diversas cidades.
A água represada desce por tubulações e atingem imensas turbinas (turbinas frias), que fazem as bobinas de potentes alternadores girarem.
A rotação das bobinas gera a corrente alternada (ca) que é transmitida pelas linhas de transmissão até as cidades.
A usina hidrelétrica binacional de Itaipú, construída pelo Brasil e o Paraguai, e inaugurada em 1984, é uma das maiores do mundo. Foi construída no Rio Paraná, entre as fronteiras dos dois países.
A usina hidrelétrica binacional de Itaipú, construída pelo Brasil e o Paraguai, e inaugurada em 1984, é uma das maiores do mundo. Foi construída no Rio Paraná, entre as fronteiras dos dois países.
As usinas hidrelétricas apresentam grandes desvantagens, principalmente ambientais. É que precisam represar o fluxo dos rios e inundar vastas áreas para o represamento da água, destruindo florestas, flora, fauna, impedindo a jornada de muitos espécies de peixe que sobem os rios para reprodução; além de removerem populações inteiras que vivem nas regiões a serem inundas, muitas vezes, tribos indígenas que já estavam ali por séculos. É o caso do Hidrelétrica de Belo Monte, no Rio Xingú, no Pará.
Embora a necessidade de produção de energia elétrica seja muito importante para as atividades humanas, precisamos encontrar formas de obtê-la de modo sustentável, e que cause os mínimos danos ao meio ambiente, e à população local.
b) Termelétricas
São usinas que usam o vapor d'água para mover as turbinas (turbinas quentes) ligadas potentes alternadores. Seu funcionamento é mais caro devido ao preço do combustível usado para aquecer a água. Pode ser usado qualquer produto que gere calor, como bagaço de cana, sabugos e palhas de milho, restos de madeira, óleo combustível, gás natural, carvão, carvão mineral.
Normalmente, as termelétricas são ligadas em períodos de seca, quando o nível d'água das represas diminui bastante.
As termelétricas são grandes poluidoras, já que liberam muito fumaça e fuligem durante a queima do combustível usado.
c) Termonucleares
São usinas que usam a energia liberada por de um material radioativo (energia nuclear) para aquecer a água e obter o vapor que moverá as turbinas (turbinas quentes) ligadas aos potentes alternadores. Normalmente, é usado como combustível nuclear um isótopo do Urânio (U₂₃₅).
O grande problema das usinas termonucleares é o risco de vazamento do material radioativo. O primeiro vazamento significativo relatado aconteceu em uma usina norte-americana, em Three Mile Island, no dia 28 de março de 1979, no estado da Pensilvânia, quando uma grande quantidade de gases radioativos foi liberado após o derretimento parcial de um reator.
Em 26 de abril de 1986, em Chernobyl , na Ucrância (quando fazia parte da extinta União Soviética), aconteceu o maior vazamento até hoje conhecido. Uma imperícia de um operador provocou o superaquecimento e explosão do reator nuclear, liberando uma imensa nuvem de material radioativo, que os ventos acabaram por levá-la para grande parte da Europa.
A figura abaixo mostra até onde as partículas radioativas foram detectadas no mês seguinte (maio de 1986):
Outro vazamento muito grave aconteceu, mais recentemente, em 11 de março de 2011, em Fukushima, no Japão, provocado em consequência de um tsunami que atingiu a cidade.
Na verdade, o tsunami não foi diretamente responsável pelo vazamento. A água conseguiu alcançar o equipamento responsável pelo resfriamento dos reatores, o que fez com que 3 reatores superaquecessem e explodissem. Os engenheiros que projetaram a usina não pensaram nessa possibilidade, em um país muito suscetível a esse tipo de evento natural.
Na verdade, o tsunami não foi diretamente responsável pelo vazamento. A água conseguiu alcançar o equipamento responsável pelo resfriamento dos reatores, o que fez com que 3 reatores superaquecessem e explodissem. Os engenheiros que projetaram a usina não pensaram nessa possibilidade, em um país muito suscetível a esse tipo de evento natural.
O material radioativo foi levado para o mar, e se espalhou. A figura abaixo mostra até onde as partículas radioativas alcançaram:
As partículas de materiais radioativos emitem radiações ionizantes que podem matar, ou provocar graves danos à saúde das pessoas, mesmo depois de centenas de anos.
Embora essas usinas tenham a vantagem de não prejudicar significativamente o meio ambiente quando em operação, indiretamente também causam graves danos ambientais. As regiões onde o urânio é minerado são devastadas para que possa ser obtido, e existe, como já vimos, o risco de vazamento do material radioativo.
Mineração do urânio em Caetité, Bahia.
O Brasil tem um parque nuclear em Angra dos Reis, com 2 usinas funcionando (Angra I e Angra II), e 1 em construção (Angra III).
Usina Nuclear de Angra dos Reis
d) Parques Eólicos
ou usinas eólicas, são espaços, terrestres ou marítimos, onde estão concentrados vários aerogeradores destinados a transformar energia eólica (dos ventos) em energia elétrica.
Os aerogeradores são imensas hélices (pás) suspensas, que giram com a passagem do vento. Essa rotação é transmitida para potentes alternadores ligados no mesmo eixo.
O Brasil passou, já há algum tempo, a investir na instalação de parques eólicos, principalmente no Nordeste, onde os ventos são muito constantes.
Essa é uma forma relativamente "limpa" de geração de energia elétrica, embora saibamos que para produzir os imensos aerogeradores também dependemos da mineração do ferro, para a produção do aço. O perigo oferecido aos pássaros é minimizado pelo controle da velocidade de rotação das hélices.
e) Usinas Solares
São grandes instalações que convertem energia solar em energia elétrica.
Uma das formas de operação é a obtenção de corrente alternada (ca), aquecendo-se água usando muitos espelhos que concentram a luz do sol sobre um grande recipiente (com água). O vapor d'água obtido move as turbinas ligadas a um potente alternador, e obtém-se energia elétrica.
Outra forma de operação, é obter corrente contínua (cc) usando uma grande quantidade de painéis solares cobrindo uma grande área, que convertem diretamente a luz do Sol em corrente elétrica.
Embora a corrente elétrica gerada seja contínua (cc), existem equipamentos que a transformam em alternada (ca), e possa ser distribuída pela rede elétrica.
As usinas solares e eólicas são aquelas que causam menos danos ao meio ambiente. Os países mais conscientes têm investido cada vez nessa forma de geração de energia elétrica.
e) Outras alternativas
Em busca de energia elétrica sustentável e mais barata, sem emissão de gases de efeito estufa, represamento de rios, ou risco de vazamento radioativo, e ainda aproveitando as fontes locais de energia, outras formas de produção também são possíveis:
- Usinas Geotérmicas
Utilizam o calor das profundezas da Terra (energia geotérmica) para produzir energia elétrica. A Islândia, cujo território é vulcânico e o calor da terra emerge até quase à superfície, obtém toda energia elétrica de que precisa dessa forma.
Usina geotérmica na Islândia
Basicamente essas usinas usam a água aquecida que vem do interior da terra para mover as turbinas dos alternadores.
- Energia maremotriz
Utilizam a energia das correntes das marés (energia maremotriz) para produzir energia elétrica.
Estação de energia das marés La Rance (Norte da França)
- Energia das Ondas do Mar
Utiliza-se a energia das ondas do mar para produzir energia elétrica. A Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia (COPPE), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) construiu a 1ᵃ usina desse tipo no mundo, que fica no Ceará.
Usina de Pecém- CE
Outras formas de produção de energia elétrica certamente também serão possíveis no futuro, o que dependerá da criatividade das novas gerações. Uma forma considerada ideal para a produção de energia seria imitar o próprio Sol, ou seja, fundir átomos de hidrogênio (H), transformando-os em hélio (He) e energia radiante.
O Projeto ITER (International Termonuclear Experimental Reactor), que reúne 35 países no mesmo plano científico, anunciou a criação de um reator nuclear capaz de imitar o Sol. Se o projeto for bem sucedido, será o fim do problema energético do mundo, já que o hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo (e na Terra). Esse processo de produção de energia não gera resíduos perigosos, apenas o gás hélio, que é inerte. O grande problema desse tipo de reator é mantê-lo em funcionando permanente, já que o processo envolve temperaturas extremamente altas, como no núcleo do Sol (centenas de milhões de graus celsius).
Algumas das gigantes peças do reator de fusão já estão a ser montadas e foram produzidas ao longo dos últimos anos em diferentes países
A eletricidade em nossas casas
A eletricidade gerada nas usinas elétricas (hidrelétricas, termelétricas, termoelétricas) é conduzida por linhas de transmissão até as cidades. Essas linhas operaram com voltagem (tensões) da ordem de uma centena de milhar de volts (10⁵V). As tensões são elevadíssimas para evitar a perda de energia durante a transmissão, já que as distâncias são imensas. Iremos compreender porque isso acontece em outro momento.
Linhas de transmissão
Ao chegar nas subestações, nos arredores das cidades, a tensão é baixada através de transformadores para cerca de 13,8 mil volts, e distribuída aos bairros.
Subestação elétrica
Em alguns pontos nos bairros, transformadores baixam novamente a tensão, e criam uma linha neutra (0V, o neutro, que que tem o mesmo potencial da terra) e três linhas de fase. As fases na nossa região (Grande Rio) oscilam entre ±127V, com uma frequência de 60Hz (mudam de sinal 120 vezes por segundo).
Existem regiões onde as fases oscilam entre ±220V . Cada fase está descompassada 1/3 de ciclo em relação a outra (defasagem).
São essas linhas que chegam até as tomadas das nossas residências, escolas e escritórios.
A energia elétrica consumida mensalmente é aferida por medidores da companhia de distribuição, no caso no Estado do Rio de Janeiro, a ENEL (antiga AMPLA).
110 ou 127V ?!
As concessionárias de energia elétrica residencial no Brasil há muito tempo (desde 1999) não mais entregam a tensão de 110V pois ela foi substituída por 127V. A mudança começou em 1986 e foi concluída em 1999. Portanto, não existem tomadas elétricas da sua casa de 110V, mas somente 127V.
Para quem usa o medidor monofásico, chega uma linha neutra (0V, o neutro), e uma das fases (±127V). Para quem tem muitos aparelhos elétricos, ou aparelhos mais potentes, é recomendado o medidor bifásico, onde chegam o neutro, e duas fases.
É possível obter uma tomada de 220V com duas fases de 127V. Isso é comum em regiões onde as fases são de 127V e, é preciso ligar um equipamento elétrico que funciona com 220V. Isso acontece porque, como já explicamos, elas estão defasadas em 1/3 do ciclo; então, a máxima ddp entre duas fases que oscilam entre ±127V, é de ±220V.
Nas tomadas elétricas em nossas residências, escolas e escritórios, ainda que nenhum aparelho elétrico esteja ligado a elas, a tensão elétrica (ddp) oscila numa frequência de 60Hz, ou seja, o sinal oscila 120 vezes por segundo, entre -127V e +127V.
As tomadas possuem três terminais (furos).
Os terminais das extremidades são ligados à rede de energia elétrica (ou a um gerador). O terminal do centro é chamado de terra, ele fica ligada ao solo (terra) através de um fio preso a uma barra de cobre que fica enterrada (barra de aterramento). Além de garantir o bom funcionamento dos aparelhos elétricos e eletrônicos, o aterramento serve ainda como dispositivo de segurança, vindo a desviar qualquer fuga de corrente elétrica para a terra, evitando choques elétricos em caso de mal funcionamento dos aparelhos.
Nas regiões atendidas com fases de ±127V, um terminal da extremidade é um fase, o outro é um neutro.
O terminal chamado de neutro é aquele em que o potencial elétrico é sempre 0V (esse terminal não deve dar choque elétrico, porque também está ligado à terra, embora em um ponto mais distante (junto ao medidor da companhia de energia elétrica).
Quando ligamos um aparelho elétrico em uma tomada, enquanto a tensão nos terminais oscila entre +127V e -127V, 120 vezes por segundo (60Hz), a corrente elétrica alternada (ca) oscila da mesma frequência. Isso significa que ela muda também de sentido 120 vezes por segundo.
A animação abaixo mostra a corrente eletrônica (de elétrons) oscilando em um condutor. Os "buracos" (positivos) oscilam no sentido inverso (corrente convencional), ambas são alternadas (ca).
O gráfico abaixo representa a variação da intensidade da corrente convencional i em função do tempo t.
Os aparelhos eletrônicos funcionam apenas com corrente contínua (cc), como os nossos celulares, rádios, computadores, televisão. Para que possamos ligá-los nas tomadas, precisamos "retificar" a corrente alternada (ca), transformando-a em contínua (cc). Existem circuitos elétricos formados por diodos e capacitores que fazem isso.
Os diodos só permitem que a corrente elétrica passe em apenas um sentido; assim, usando-se uma ponte com 4 diodos conseguimos inverter o sentido do pulso da corrente quando ele se torna negativa. Na outra parte do circuito, um capacitor descarrega a carga elétrica acumulada assim que o pulso da corrente começa a diminuir, o que faz com que a sua intensidade se mantenha constante (ou quase constante), transformando-a em corrente contínua (cc).
Nos carregadores dos celulares, dentro das televisões, rádios, computadores, existem circuitos retificadores para fazer isso.
Vamos continuar?!
