Biogestor
Biodigestor é um reservatório onde se coloca a biomassa misturada com água. É no seu interior que acontece a fermentação da biomassa, dando origem ao biogás.
Com a crise do petróleo, na década de 70, foi trazida para o Brasil a tecnologia dos biodigestores, sendo os principais modelos implantados o Chinês e o Indiano.
Biogás
O biogás é obtido a partir da decomposição da matéria orgânica (biomassa). A biomassa é colocada dentro do biodigestor, onde através da digestão e fermentação das bactérias anaeróbicas é transformada em um gás conhecido como metano.
Esse tipo de bactéria não precisa de ar para sobreviver, por isso o ambiente tem que ser o mais vedado possível. O biogás pode ser utilizado:
- em lampião;
- para aquecimento de fogões;
- como combustível para motores de combustão interna;
- em geladeiras;
- em chocadeiras;
- em secadores de grãos ou secadores diversos;
- para a geração de energia elétrica.
O biogás é inflamável, por isso deve-se ter alguns cuidados ao fazer uso desse gás.
Biomassa
Biomassa são restos orgânicos encontrados na natureza, que podem ser usados na produção de biogás, tais como:
- excrementos ( bovino, suíno, eqüino, etc.);
- plantas aquáticas ( aguapé, baronesa, etc.);
- folhagem;
- gramas;
- restos (de rações, frutas, alimentos, etc);
- cascas de cereais (arroz, trigo, etc);
- esgotos residenciais
Biofertilizante
Após todo o processo de produção do biogás, existe uma sobra dentro do biodigestor que podemos chamar de biofertilizante.
O biofertilizante pode ser usado como adubo orgânico para fortalecer o solo e para o desenvolvimento das plantas.
Desta forma, o uso do biofertilizante apresenta algumas vantagens, como:
- não apresenta custo nenhum se comparado aos fertilizantes inorgânicos;
- não propaga mau cheiro;
- é rico em nitrogênio, substância muito carente no solo;
- a biomassa que fica dentro do biodigestor sem contato com o ar, mata todas as bactérias aeróbicas e germes existentes nas fezes e demais matérias orgânicas;
- está livre dos parasitas da esquistossomose, de vírus da poliomielite e bactérias como a do tifo e malária;
- recupera terras agrícolas empobrecidas em nutrientes pelo excesso ou uso contínuo de fertilizantes inorgânicos, ou seja, produtos químicos;
- é um agente de combate a erosão, porque mantém o equilíbrio ecológico retendo maior quantidade de água pluvial;
- o resíduo da matéria orgânica apresenta uma capacidade de retenção de umidade pelo solo, permitindo que a planta se desenvolva durante o período de seca.
- por outro lado, vale destacar que a única desvantagem do uso de biofertilizante é a não eliminação da acidez do solo, causada pelo uso exagerado de fertilizantes inorgânicos dificultando, muitas vezes, a absorção pela raiz da água e de nutrientes do solo como o potássio e o nitrogênio que influenciam na germinação e crescimento da planta.
Tipos de biodigestores
Cada biodigestor tem uma característica: Existem os de produção descontínua ou de produção continua.
Produção descontínua
A biomassa é colocada dentro do biodigestor que é totalmente fechado e só será aberto após a produção de biogás, o que levará mais ou menos noventa dias. Após a fermentação da biomassa, o biodigestor é aberto, limpo e novamente carregado para um novo ciclo de produção de biogás.
Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás
Produção contínua
A produção pode acontecer por um longo período, sem que haja a necessidade de abertura do equipamento. A biomassa é colocada no biodigestor ao mesmo tempo que o biofertilizante é retirado.
Observe a figura 1 que mostra como se faz o carregamento desse tipo de biodigestor.Os tipos de biodigestores mais usados são os da Marinha, Indiano e Chinês.
Diagrama esquemático do Biodigestor tipo contínuo
Biodigestor da Marinha
É um modelo tipo horizontal, tem a largura maior que a profundidade, sua área de exposição ao sol é maior, com isso é maior a produção de biogás.
Sua cúpula é de plástico maleável, tipo PVC, que infla com a produção de gás, como um balão. Pode ser construído enterrado ou não. A caixa de carga é feita em alvenaria, por isso pode ser mais larga evitando o entupimento. A cúpula pode ser retirada, o que ajuda na limpeza. A desvantagem nesse modelo é o custo da cúpula.
Biodigestor Chinês
Construído em alvenaria, modelo de peça única. Desenvolvido na China, onde as propriedades eram pequenas, por isso foi desenvolvido esse modelo que é enterrado, para ocupar menos espaços. Este modelo tem custo mais barato em relação aos outros, pois a cúpula é feita em alvenaria. Também sofrem pouca variação de temperatura.
Biodigestor Indiano
Sua cúpula, geralmente feita de ferro ou fibra, é móvel. Se movimenta para cima e para baixo de acordo com a produção de biogás. Nesse tipo de biodigestor o processo de fermentação acontece mais rápido, pois aproveita a temperatura do solo que é pouco variável, favorecendo a ação das bactérias.
Ocupa pouco espaço e a construção por ser subterrânea, dispensa o uso de reforços, tais como cintas de concreto. Caso a cúpula seja de metal, deve-se fazer uso de uma boa pintura com um antioxiante.
Por ser um biodigestor que fica no subsolo, é preciso ter cuidado, evitando infiltração no lençol freático. Existentes biodigestores feitos em concreto, ou metal, coberto com lona vedada. Esta deve ter duas saídas, com duas válvulas, nas quais restos orgânicos são despejados.
Cuidados ao instalar um biodigestor
O biodigestor deve ser instalado num local bastante arejado, para evitar odores quando estiver sendo carregado.
Para evitar a entrada de ar e o vazamento de gás, o biodigestor deve estar bem vedado.
A instalação do biodigestor deve ser o mais próximo possível da fonte produtora de biomassa. Também é importante que haja uma fonte de água próximo ao biodigestor.
Operação e carregamento do biodigestor
Alguns cuidados devem ser tomados ao carregar ou limpar um biodigestor, pois o gás produzido nele é inflamável.
A biomassa deve ser preparada antes de ir para o biodigestor, ficando uma ou duas semanas fora do mesmo, para que o excesso de umidade seja eliminado. Em seguida mistura-se água na biomassa (na mesma proporção da biomassa), isso ajuda no processo de fermentação.
O carregamento e a descarga de gás devem ser feitos simultaneamente, isso evita a modificação na pressão interna do gás.
Antes de fazer a limpeza do biodigestor, certifique-se de que não há gás, para evitar acidentes.
Fabricantes de biodigestores
Fibraeng – Equipamentos Ind. Ltda
Fabricantes de cúpulas para biodigestores em fiberlass
Rod. Celso Garcia Cid, 843 – Londrina – PR
Fone: Fones (43) 3338-0110
E-mail: vendas@fibraeng.com.br
KOBLITZ - Projeto e montagem de termelétricas (equipamentos para funcionam biomassa).
Piracicaba - São Paulo
Rua Vitório Laerte Furlani, 890 - Vila Rezende
CEP 13405-430 - Brasil
Fone: (19) 3421-0223
E-mail: koblitz@koblitz.com.br
Recife - Pernambuco
Av Cônsul Vilares Fragoso, 291 - Bongi
CEP 50760-540 - Brasil
Fone: (81) 2122.2300
E-mail: koblitz@koblitz.com.br
Referência Bibliográfica
TIAGO FILHO, G. L e FERREIRA, E.F. "Agroenergia – fundamentos sobre o uso da energia no meio rural".
Manuais Práticos – Vida , UM GUIA DE AUTO-SUFICIÊNCIA – " É fácil construir um biodigestor", Texto: Santos , João Antônio, Editora TRÊS, SP.
Energia Hidráulica - A água
A água possui grande importância na vida, haja visto seus múltiplos usos, bebida, cocção, higiene, agricultura, pecuária, lazer, navegação e geração de eletricidade. Portanto, cabe ao homem utiliza-la de forma consciente evitando que as próximas gerações enfrentem a escassez deste recurso.
A água ocupa cerca de três quartos da superfície da Terra: dos 510 milhões de km2 da superfície do globo 365 milhões de km2 são ocupados pela água, enquanto os continentes ocupam somente 145 milhões de km2.
De toda água existente no planeta 97,3% é água salgada, ou seja, imprópria para o consumo, 2,15% encontra-se nas geleiras e apenas 0,6 % é água doce. De toda água doce 98,5% é água subterrânea e 1,5% se encontram nos rios e lagos.
A distribuição da água no planeta é desigual, pois há regiões com abundância de água e outras com grande escassez. Conseqüentemente, os primeiros grupos humanos procuraram habitar regiões com chuva suficiente ou próximos de rios garantindo, assim, sua sobrevivência.
Com o rápido crescimento da população e com as exigências de maior conforto, a água foi sendo usada de forma inconsciente, isto é, com grandes desperdícios. Por isso, é importante conhecer a melhor maneira de preserva-la, principalmente nas nascentes, além dos cuidados com sua captação, transporte e distribuição.
Energia Hidráulica
O uso da energia hidráulica foi uma das primeiras formas de substituição do trabalho animal pelo mecânico, particularmente para bombeamento de água e moagem de grãos. Tinha a seu favor, para tanto, as seguintes características: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e, principalmente, seu caráter renovável.
A energia hidráulica resulta da irradiação solar e da energia potencial gravitacional, que provocam a evaporação, condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre, é a energia existente na água e que em determinadas condições de vazão e altura de queda, pode ser usada para movimentar maquinas.
Assim, a energia hidráulica é convertida em energia mecânica.. Ao contrário das demais fontes renováveis, representa uma parcela significativa da matriz energética mundial e possui tecnologias de aproveitamento devidamente consolidadas. Atualmente, é a principal fonte geradora de energia elétrica para diversos países e responde por cerca de 17% de toda a eletricidade gerada no mundo.
No Brasil, água e energia têm uma histórica interdependência. A contribuição da energia hidráulica ao desenvolvimento econômico do País tem sido expressiva, seja no atendimento das diversas demandas da economia – atividades industriais, agrícolas, comerciais e de serviços – ou da própria sociedade, seja na melhoria do conforto das habitações e da qualidade de vida das pessoas.
Também desempenha papel importante na integração e no desenvolvimento de regiões distantes dos grandes centros urbanos e industriais.
A contribuição da energia hidráulica na matriz energética nacional, é da ordem de 79 % de toda a energia elétrica gerada no País.
Apesar da tendência de aumento de outras fontes, devido a restrições socioeconômicas e ambientais de projetos hidrelétricos e aos avanços tecnológicos no aproveitamento de fontes não-convencionais, tudo indica que a energia hidráulica continuará sendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil.
Embora os maiores potenciais remanescentes estejam localizados em regiões com fortes restrições ambientais e distantes dos principais centros consumidores, estima-se que, nos próximos anos, pelo menos 50% da necessidade de expansão da capacidade de geração seja de origem hídrica.
As políticas de estímulo à geração descentralizada de energia elétrica promovem uma crescente participação de fontes alternativas na matriz energética nacional, e nesse contexto, as pequenas centrais hidrelétricas terão certamente um papel importante a desempenhar.
Vazão
É a relação do volume de água medida em litros ou metros cúbicos pelo tempo em segundos, minutos ou horas, necessários para encher um reservatório como: tanque, tambor, caixa d´agua, etc.
A vazão é representada pela letra Q e pode ser calculada através da formula:
Q = v/t
onde:
Q = Vazão em metros cúbicos por segundo
v = Volume do reservatório
t = tempo
Esta definição de vazão se aplica a qualquer fluxo de água. Para se medir a vazão basta se utilizar uma mangueira conectada a um funil, um reservatório de um litro e um relógio ou cronômetro. Em seguida, marca-se o tempo que a água leva para preencher o reservatório. Para encontrar a vazão basta dividir o volume pelo tempo gasto para preencher o reservatório.
Em qualquer estudo para implementação de uma usina a medição da vazão é fundamental para se dimensionar o potencial da planta.
Altura de queda d'água local
Ao utilizar a energia hidráulica do rio, no acionamento de máquinas para bombeamento ou geração de eletricidade, é importante verificar se há uma diferença entre a altura do ponto de captação da água e o local onde será instalado o equipamento hidráulico. Essa altura é definida como altura de queda [H].
Máquinas acionadas pela água
A energia proveniente dos cursos d'água, pode ser aproveitada para acionar vários tipos de máquinas que desempenham diferentes funções, tais como:
- monjolo – máquina usada na moagem dos grãos similar ao pilão;
- carneiro hidráulico – máquina que funciona como uma bomba;
- roda d'água – máquina usada para bombear água e, também, para gerar energia elétrica em pequena quantidade;
- turbina hidráulica – máquina usada em centrais hidrelétricas e que acoplada a um gerador transforma a energia mecânica em elétrica.
Para aciona-las é necessário realizar estudos técnicos para a criação de reservatórios ou pequenos canais com a finalidade de acumular e desviar parte da água dos rios.
Monjolo
O monjolo é simples de construir, pois pode ser feito com tronco de madeira.
Deve ser colocado num local onde exista altura de queda suficiente para instalar uma calha, cuja função é captar e desviar parte do fluxo de água para dentro de uma caçamba que funciona como um reservatório.
Na medida que este reservatório é preenchido, o peso da água vence o peso do tronco fazendo levantar a outra extremidade.
Neste momento, parte da água é jogada fora e como o peso da água restante no reservatório é menor do que o peso do tronco, o mesmo retorna a posição inicial com força suficiente para moagem dos grãos que estarão dentro de um pilão.
Carneiro Hidráulico
O carneiro hidráulico é uma máquina de baixo custo, usada para bombear pequena quantidade de água. Apresenta facilidade de uso e tem pouca manutenção.
Para funcioná-lo não há necessidade de energia elétrica ou qualquer combustível, pois utiliza como energia a própria queda d'água. As únicas peças que podem sofrer desgastes com o tempo são: a válvula de impulso e de recalque devendo ser trocadas.
É capaz de aproveitar o efeito que decorre da interrupção rápida do movimento da água, em uma dada direção. Com esta interrupção, ocorre um aumento da pressão dentro da máquina sendo suficiente para abrir a válvula de recalque, pela qual parte da água é transportada por uma mangueira até um reservatório localizado acima do carneiro hidráulico.
Roda d' água
O uso das rodas d'água é muito antigo. Data-se que em 2.000 a.C, no Egito, já era utilizada para bombeamento. A princípio tinha a estrutura feita de madeira rústica e baldes presos a essa estrutura formando as caçambas. Com o avanço da tecnologia essa estrutura foi aperfeiçoada até chegar nos modelos atuais.
O funcionamento se dá por causa de um desvio do fluxo de água local que é levado até a roda. Para fazer esse desvio pode-se usar tubo de PVC, chapas de aço galvanizado, calha de madeira ou alvenaria com altura de 10 a 20cm do topo da roda para que a água ao cair sobre as pás possibilite seu giro.
A velocidade de rotação é muito baixa, isto é, de 1 a 40 giros por minuto, mas mesmo assim pode ser utilizada para movimentar moinhos, serrarias; gerar eletricidade (100 a 3000 Watts) e bombear água a um reservatório.
Deve ser instalada sobre uma base de madeira, tijolo ou concreto e bem nivelada para que tenha um bom funcionamento.
Turbinas Hidráulicas
Nas centrais hidrelétricas os grupos geradores são constituídos pelo conjunto de turbina (rotor mais caixa espiral), regulador de velocidade ou de carga e gerador. As turbinas são caracterizadas por diferentes tipos de rotores.
As turbinas são especificadas em função da potência elétrica a ser gerada, podendo ter eixo horizontal para pequenas potências ou eixo vertical para potências elevadas.
Em microcentrais hidrelétricas, as turbinas hidráulicas utilizadas são construídas geralmente com eixo horizontal. Dependendo das condições locais de vazão e altura de queda, uma turbina pode mais eficiente que a outra. Assim, torna-se necessário avaliar tecnicamente e economicamente a melhor opção.(* incluir linkTurbinas)
Potencial Hidrelétrico Brasileiro
O valor do potencial hidrelétrico brasileiro é composto pela soma da parcela estimada (remanescente + individualizada) com a inventariada. O potencial estimado é resultante da somatória dos estudos:
• De potencial remanescente - resultado de estimativa realizada em escritório,a partir de dados existentes - sem qualquer levantamento complementar - considerando-se um trecho de um curso d'água, via de regra situado na cabeceira, sem determinar o local de implantação do aproveitamento;
• Individualizados - resultado de estimativa realizada em escritório para um determinado local, a partir de dados existentes ou levantamentos expeditos, sem qualquer levantamento detalhado. A parcela inventariada inclui usinas em diferentes níveis de estudos - inventário, viabilidade e projeto básico - além de aproveitamentos em construção e operação (ELETROBRÁS, 2004).
O potencial inventariado é resultante da somatória dos aproveitamentos:
• Apenas em inventário - resultado de estudo da bacia hidrográfica, realizado para a determinação do seu potencial hidrelétrico, mediante a escolha da melhor alternativa de divisão de queda, que constitui o conjunto de aproveitamentos compatíveis, entre si e com projetos desenvolvidos, de forma a se obter uma avaliação da energia disponível, dos impactos ambientais e dos custos de implantação dos empreendimentos;
• Com estudo de viabilidade - resultado da concepção global do aproveitamento, considerada sua otimização técnico-econômica, de modo a permitir a elaboração dos documentos para licitação. Esse estudo compreende o dimensionamento das estruturas principais e das obras de infra-estrutura local e a definição da respectiva área de influência, do uso múltiplo da água e dos efeitos sobre o meio ambiente;
• Com projeto básico - aproveitamento detalhado e em profundidade, com orçamento definido, que permita a elaboração dos documentos de licitação das obras civis e do fornecimento dos equipamentos eletromecânicos;
• Em construção - aproveitamento que teve suas obras iniciadas, sem nenhuma unidade geradora em operação;
• Em operação - os empreendimentos em operação constituem a capacidade instalada.
Os aproveitamentos somente são considerados para fins estatísticos nos estágios "inventário", "viabilidade" ou "projeto básico", se os respectivos estudos tiverem sido aprovados pelo poder concedente.
O potencial hidrelétrico brasileiro situa-se ao redor de 260 GW. Contudo apenas 68% desse potencial foi inventariado .
Entre as bacias com maior potencial destacam-se as do Rio Amazonas e do Rio Paraná. Na Bacia do Amazonas, destaca-se a sub-bacia do Rio Xingu, com 12,7% do potencial inventariado no País.
Outras sub-bacias do Amazonas, cujos potenciais estimados são consideráveis, são a do Rio Tapajós , a do Rio Madeira e a do Rio Negro . Na Bacia do Tocantins, destaca-se a sub-bacia do Rio Itacaiunas e outros, com 6,1% do potencial brasileiro inventariado.
Na Bacia do São Francisco, o destaque vai para a sub-bacia do Rio Moxotó e Outros, que representa 9,9% do potencial inventariado. Na Bacia do Paraná, existem várias sub-bacias com grandes potenciais, entre elas a Paraná, Paranapanema e outros, com 8,1% do potencial hidrelétrico inventariado no País.
Capacidade Instalada
Em termos absolutos, os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo são Canadá, China, Brasil, Estados Unidos e Rússia, respectivamente. Em 2001, esses países foram responsáveis por quase 50% de toda a produção mundial de energia hidrelétrica (AIE, 2003).
Pouco menos de 60% da capacidade hidrelétrica instalada no Brasil está na Bacia do Rio Paraná. Outras bacias importantes são a do SãoFrancisco e a do Tocantins, com 16% e 12%, respectivamente, da capacidade instalada no País.
As bacias com menor potência instalada são as do Atlântico Norte/Nordeste e Amazonas, que somam apenas 1,5% da capacidade instalada no Brasil.
Na Bacia do Paraná, destacam-se as sub-bacias do Rio Paranaíba, Rio Grande, Rio Paranapanema e Rio Iguaçu, com índices que variam de 10,1% a 13,2% da capacidade instalada no País.
Na Bacia do São Francisco, destaca-se a sub-bacia dos rios São Francisco, Moxotó e outros, onde estão localizadas as usinas hidrelétricas de Xingó e Paulo Afonso IV, que somam juntas 5.460 MW de potência instalada.
Na Bacia do Tocantins, destaca-se a sub-bacia Rio Tocantins, Itacaiúnas e Outros, onde se localiza a Usina Hidrelétrica de Tucuruí, cuja capacidade instalada poderá ser duplicada num futuro próximo.
Referência Bibliográfica
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Aproveitamento de Energia Hidráulica, Grupo Agroenergia EFEI
Catálogo Rochefer. Bombas hidráulicas – Manual de Seleção de Bombas e Rodas
Catálogo Rochefer. MS-6 Multiset, Manual Técnico
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Rodas d'água, Grupo Agroenergia – DME –IEM – EFEI
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Turbinas hidráulicas para microcentrais hidrelétricas, Grupo Agroenergia – EFEI
Catálogo Moller – Turbinas hidráulicas WIRZ Ltda
Fundição Corradi – Divisão de Máquinas Agrícolas, Roda Pelton Completa
TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio & VIANA, Augusto Nelson Carvalho. Carneiro hidráulico, EFEI, 1988
Site: www.meioambiente.pro.br
Energia Eólica
A energia eólica é usada desde a antiguidade para movimentar barcos à vela, moagem de grãos.
Para a geração de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do século XIX, mas somente um século depois, com a crise internacional do petróleo (década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial.
E vem se tornando uma alternativa energética, pois é uma fonte não poluidora e gratuita de energia.
Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d'água.
Recentes desenvolvimentos tecnológicos (sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle e operação das turbinas, etc.) têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.
O custo dos equipamentos, que era um dos principais entraves ao aproveitamento comercial da energia eólica, reduziu-se significativamente nas últimas duas décadas. Projetos eólicos em 2002, utilizando modernas turbinas eólicas em condições favoráveis, apresentaram custos na ordem de € 820 por kW instalado e produção de energia a 4 centavos de euro por kWh (EWEA; GREENPEACE, 2003).
Energia eólica no Brasil
A avaliação do potencial eólico de uma região requer trabalhos sistemáticos de coleta e análise de dados sobre a velocidade e o regime de ventos. Geralmente, uma avaliação rigorosa requer levantamentos específicos, mas dados coletados em aeroportos, estações meteorológicas e outras aplicações similares podem fornecer uma primeira estimativa do potencial bruto ou teórico de aproveitamento da energia eólica.
Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993).
Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes, chegando a 32% na Europa Ocidental.
Mesmo assim, estima-se que o potencial eólico bruto mundial seja da ordem de 500.000 TWh por ano. Devido, porém, a restrições socioambientais, apenas 53.000 TWh (cerca de 10%) são considerados tecnicamente aproveitáveis. Ainda assim, esse potencial líquido corresponde a cerca de quatro vezes o consumo mundial de eletricidade.
No Brasil, os primeiros anemógrafos computadorizados e sensores especiais para energia eólica foram instalados no Ceará e em Fernando de Noronha (PE), no início dos anos 90. Embora os aproveitamentos eólicos sejam recentes, já contamos com diversas plantas do território nacional.
Hoje estimasse que o potencial eólico no Brasil seja superior a 60.000 MW. Segundo o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica (CRESESB) o potencial chega a 143 GW, como pode ser observado no livro "Atlas do Potencial Eólico Brasileiro", cujos resultados estão disponíveis no seguinte endereço eletrônico:
O Ceará tem chamado a atenção dos pesquisadores, pois, por ter sido um dos primeiros locais a realizar um programa de levantamento do potencial eólico através de medidas de vento com anemógrafos computadorizados, mostrou um grande potencial eólico.
Em Minas Gerais, existe uma central eólica que está em funcionamento, desde 1994, em um local (afastado mais de 1000 km da costa) com excelentes condições de vento.
A capacidade instalada no Brasil é de 28.625 kW com turbinas eólicas de médio e grande porte conectadas à rede elétrica. Além disso, existem cinco empreendimentos em construção com potencia de 208.300 kW. (Fonte: Aneel - Nov/2005).
Tipos de aerogeradores
No início da utilização da energia eólica, surgiram turbinas de vários tipos – eixo horizontal, eixo vertical, com apenas uma pá, com duas e três pás, gerador de indução, gerador síncrono etc.
Com o passar do tempo, consolidou- se o projeto de turbinas eólicas com as seguintes características: eixo de rotação horizontal, três pás, alinhamento ativo, gerador de indução e estrutura não-flexível. A seguir apresentaremos os diversos tipos de aerogeradores.
Aerogeradores de eixo vertical:
Esse tipo de aerogerador possui um eixo vertical e aproveita o vento que vem de qualquer direção. São mais indicados para moagem de grãos, recargas de baterias, irrigação. Dos aerogeradores com eixo vertical o Savonius e o Darrieus são os mais usados.
Aerogeradores de eixo horizontal:
São utilizados para bombeamento de água e geração de eletricidade. Dependem da direção do vento e podem ter uma, duas, três ou quatro pás. Para funcionar, a velocidade tem que variar de 35 a 30 km/h e estar livre de obstáculo a uma altura de 5 m do chão.
Aerogeradores de pás múltiplas ou cata-ventos:
Possuem de 16 a 32 pás e chegam a ter 15 m de altura. São bastante encontrados em fazendas americanas, por isso também são conhecidos como moinhos americanos. São mais usados para o bombeamento de água e produzem baixa potência devido ao numero elevado de pás.
Como avaliar a velocidade do vento
Por ser um fenômeno natural, o vento pode variar dependendo do dia e da estação do ano. Para um bom aproveitamento do vento não se deve ter nenhum obstáculo como morros, mata fechada, prédios, etc.
Você pode calcular a velocidade do vento usando o anemômetro.
O anemômetro é um instrumento usado para medir a velocidade do vento. Existem vários tipos de anemômetros. Um anemômetro de bolso tem a capacidade de medir o vento com a velocidade mínima de 0,3 m/s (1 km/h) e máxima de 40 m/s (144 km/h).
Outro exemplo de anemômetro é o que fica nas estações meteorológicas e aeroportos. Esse tipo de anemômetro fica instalado no local, possui três ou quatro braços, cujas extremidades são formadas por duas metades ocas de esferas que o vento faz rodar. O movimento de rotação aciona, uma vareta central que está ligada a um registrador usado para registrar a velocidade do vento.
Produção de energia a partir do vento
A geração de energia através do vento é feita por um aerogerador de três pás. Esse tipo de aerogerador tem um movimento rotatório mais rápido. O vento ao passar pelo rotor aciona a turbina, que esta acoplada a um gerador elétrico responsável em transformar a cinética do vento em energia elétrica.
A geração da energia depende principalmente da quantidade de vento que passa pelo aerogerador. A energia produzida pode ser usada para:
- irrigação e eletrificação rural;
- Iluminação pública;
- para carregamento de baterias e telecomunicações.
Bombeamento de água através da energia eólica
Para o bombeamento de água é usado o aerogerador de multipás, uma caixa de rolamento, uma torre reforçada para a fixação do aerogerador e uma bomba hidráulica. A bomba deve ser acoplada a uma haste metálica ligada diretamente ao eixo do rotor do aerogerador e ser instalada próxima ao fluxo de água. O vento, ao passar pelo rotor, acionará a haste, fazendo com que ela suba e desça, bombeando a água para um reservatório.
Referência Bibliográfica
BAZZO, Walter A. & FERREIRA, Rogério T.S. Energia eólica – Desempenho de Rotores de Eixo Vertical Tipo Savonius, Engenharia Mecânica, UFSC – Florianópolis.
Site: www.eolica.com.br
Energia Solar
Quase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar, o que justifica a associação "mãe das energias".
Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico.
O aproveitamento da iluminação natural e do calor para aquecimento de ambientes, denominado aquecimento solar passivo, decorre da penetração ou absorção da radiação solar nas edificações, reduzindo-se, com isso, as necessidades de iluminação e aquecimento.
Assim, um melhor aproveitamento da radiação solar pode ser feito com o auxílio de técnicas mais sofisticadas de arquitetura e construção.
O aproveitamento térmico para aquecimento de fluidos é feito com o uso de coletores ou concentradores solares. Os coletores solares são mais usados em aplicações residenciais e comerciais (hotéis, restaurantes, clubes, hospitais etc.) para o aquecimento de água (higiene pessoal e lavagem de utensílios e ambientes).
Os concentradores solares destinam-se a aplicações que requerem temperaturas mais elevadas, como a secagem de grãos e a produção de vapor. Neste último caso, pode-se gerar energia mecânica com o auxílio de uma turbina a vapor, e, posteriormente, eletricidade, por meio de um gerador.
A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelos efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico.
O primeiro caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela junção de dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica, por meio do uso de células solares.
Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica.
No Brasil, o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste, devido a características climáticas, e o segundo, nas regiões Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia elétrica.
Radiação solar
Além das condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do ar etc.), a disponibilidade de radiação solar, também denominada energia total incidente sobre a superfície terrestre, depende da latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano).
Isso se deve à inclinação do eixo imaginário em torno do qual a Terra gira diariamente (movimento de rotação) e à trajetória elíptica que a Terra descreve ao redor do Sol (translação ou revolução).
Desse modo, a duração solar do dia – período de visibilidade do Sol ou de claridade – varia, em algumas regiões e períodos do ano, de zero hora (Sol abaixo da linha do horizonte durante o dia todo) a 24 horas (Sol sempre acima da linha do horizonte).
As variações são mais intensas nas regiões polares e nos períodos de solstício. O inverso ocorre próximo à linha do Equador e durante os equinócios.
A maior parte do território brasileiro está localizada relativamente próxima da linha do Equador, de forma que não se observam grandes variações na duração solar do dia. Contudo, a maioria da população brasileira e das atividades socioeconômicas do País se concentra em regiões mais distantes do Equador.
Em Porto Alegre, capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10 horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de dezembro, respectivamente. Desse modo, para maximizar o aproveitamento da radiação solar, pode-se ajustar a posição do coletor ou painel solar de acordo com a latitude local e o período do ano em que se requer mais energia.
No Hemisfério Sul, por exemplo, um sistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de inclinação similar ao da latitude local.
Transmissão de calor
O calor pode ser percebido pela diferença de temperatura e pode ser transmitido de três formas: condução, convecção e irradiação.
A transmissão de calor por condução se dá quando as partículas de uma matéria, principalmente, sólida se colidem devido a vibrações que sofrem ao serem aquecidas, como por exemplo:
acender uma vela e ficar segurando um metal qualquer sobre a chama;
usar espetos de ferro ao assar carne em um churrasco;
deixar a colher dentro de uma panela de arroz que ainda está no fogo ou dentro de uma xícara de café quente.
O calor é transmitido por convecção em matérias líquidas ou gasosas, pois nesses meios as moléculas têm maior liberdade de movimento. Consequentemente, quando há aquecimento dessas matérias as moléculas se movimentam com mais rapidez e tendem a se deslocar, ou seja, as moléculas frias vão para as regiões mais quentes e as moléculas quentes para as regiões mais frias.
Desta forma, pode-se entender alguns fenômenos vistos diariamente em vários lugares, como por exemplo: a água fervendo dentro de uma chaleira; o resfriamento no interior de uma geladeira; o aquecimento interno de residências; etc.
Na irradiação, a transmissão de calor acontece quando a agitação térmica das moléculas de uma fonte é transferida de uma região para outra, dentro de um determinado espaço, sem que haja qualquer ligação material direta entre dois meios, como por exemplo:
o calor que se pode sentir aqui na Terra proveniente do Sol;
o aquecimento no interior de estufas para plantas;
a temperatura alta no interior de um carro quando exposto ao sol durante algum tempo, etc.
Aproveitamento da energia solar
O aproveitamento da energia solar, ou seja a utilização do calor proveniente do sol, pode se dar de diversas maneiras, tais como:
a) gerar eletricidade, principalmente, nas regiões onde não há sistema de transmissão de energia elétrica convencional, ou seja, regiões não interligadas ao Sistema Integrado Nacional (SIN);
b) aquecer a água dos chuveiros elétricos;
c) uso de estufas para maior crescimento de vegetais que precisam manter a temperatura interna mais elevada que a temperatura externa;
d) secagem de grãos;
e) bombeamento de água usando um painel fotovoltaico acoplado a uma bomba hidráulica.
Tecnologias aplicáveis
Coletor solar: A radiação solar pode ser absorvida por coletores solares, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas (inferiores a 100ºC).
O uso dessa tecnologia ocorre predominantemente no setor residencial, mas há demanda significativa e aplicações em outros setores, como edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes, hotéis e similares. Esse sistema de aproveitamento térmico da energia solar, também denominado aquecimento solar ativo, envolve o uso de um coletor solar discreto.
O coletor é instalado normalmente no teto das residências e edificações. Devido à baixa densidade da energia solar que incide sobre a superfície terrestre, o atendimento de uma única residência pode requerer a instalação de vários metros quadrados de coletores.
Para o suprimento de água quente de uma residência típica (três ou quatro moradores), são necessários cerca de 4 m2 de coletor.
Concentrador solar: O aproveitamento da energia solar aplicado a sistemas que requerem temperaturas mais elevadas ocorre por meio de concentradores solares, cuja finalidade é captar a energia solar incidente numa área relativamente grande e concentrá-la numa área muito menor, de modo que a temperatura desta última aumente substancialmente.
A superfície refletora (espelho) dos concentradores tem forma parabólica ou esférica, de modo que os raios solares que nela incidem sejam refletidos para uma superfície bem menor, denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido.
Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas e índices de eficiência que variam de 14% a 22% de aproveitamento da energia solar incidente, podendo ser utilizada para a geração de vapor e, conseqüentemente, de energia elétrica.
Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena área exige algum dispositivo de orientação, acarretando custos adicionais ao sistema, os quais tendem a ser minimizados em sistemas de grande porte. Entre meados e final dos anos 1980, foram instalados nove sistemas parabólicos no sul da Califórnia, EUA, com tamanhos que variam entre 14 MW e 80 MW, totalizando 354 MW de potência instalada.
Trata-se de sistemas híbridos, que operam com auxílio de gás natural, de modo a atender a demanda em horários de baixa incidência solar. Os custos da eletricidade gerada têm variado entre US$ 90 e US$ 280 por MWh. Recentes melhoramentos têm sido feitos, visando a reduzir custos e aumentar a eficiência de conversão.
Em lugar de pesados espelhos de vidro, têm-se empregado folhas circulares de filme plástico aluminizado (NREL, 2000).
Conversores fotovoltaicos: a radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por meio de efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico.
O primeiro se caracteriza pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela junção de dois metais, quando tal junção está a uma temperatura mais elevada do que as outras extremidades dos fios. Embora muito empregado na construção de medidores de temperatura, seu uso comercial para a geração de eletricidade tem sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos elevados dos materiais.
O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia). Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício.
A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25% (GREEN et al., 2000).
Para a geração de eletricidade em escala comercial, o principal obstáculo tem sido o custo das células solares. Segundo B(2000), atualmente os custos de capital variam entre 5 e 15 vezes os custos unitários de uma usina a gás natural que opera com ciclo combinado.
Contudo, nos últimos anos tem-se observado redução nos custos de capital. Os valores estão situados na faixa de US$ 200 a US$ 300 por MWh e entre US$ 3 e US$ 7 mil por kW instalado.
Aquecimento de água
A tecnologia do aquecedor solar já vem sendo usada no Brasil desde a década de 60, época em que surgiram as primeiras pesquisas. Em 1973, empresas passaram a utilizá-la comercialmente (ABRAVA, 2001).
Segundo informações da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento (ABRAVA, 2001), existiam até recentemente cerca de 500.000 coletores solares residenciais instalados no Brasil. Somente com aquecimento doméstico de água para banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica, os quais poderiam ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e ambientais.
Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico. Além disso, há uma enorme demanda em prédios públicos e comerciais, que pode ser devidamente atendida por sistemas de aquecimento solar central.
Embora pouco significativos diante do grande potencial existente, já há vários projetos de aproveitamento da radiação solar para aquecimento de água no País. Essa tecnologia tem sido aplicada principalmente em residências, hotéis, motéis, hospitais, vestiários, restaurantes industriais e no aquecimento de piscinas.
Em Belo Horizonte, por exemplo, já são mais de 950 edifícios que contam com este benefício e, em Porto Seguro, 130 hotéis e pousadas (ABRAVA, 2001). A Figura 3.8 ilustra um exemplo comercial de aproveitamento térmico da energia solar na cidade de Belo Horizonte – MG, o qual se tornou referência em energia solar térmica.
O sistema possui área total de 804 m2 de coletores solares e capacidade de armazenamento de água de 60.000 litros. Entre outros exemplos encontrados em Belo Horizonte, destaca-se o do Centro de Operações da ECT, que possui área total de 100 m2 de coletores e capacidade de armazenamento de água de 10.000 litros (CRESESB, 2000).
Um dos principais entraves à difusão da tecnologia de aquecimento solar de água é o custo de aquisição dos equipamentos, particularmente para residências de baixa renda. Mas a tendência ao longo dos anos é a redução dos custos, em função da escala de produção, dos avanços tecnológicos, do aumento da concorrência e dos incentivos governamentais.
Fatores que têm contribuído para o crescimento do mercado são: a divulgação dos benefícios do uso da energia solar; a isenção de impostos que o setor obteve; financiamentos, como o da Caixa Econômica Federal, aos interessados em implantar o sistema; e a necessidade de reduzir os gastos com energia elétrica durante o racionamento em 2001 (ABRAVA, 2001).
Também são crescentes as aplicações da energia solar para aquecimento de água em conjuntos habitacionais e casas populares, como nos projetos Ilha do Mel, Projeto Cingapura, Projeto Sapucaias em Contagem, Conjuntos Habitacionais SIR e Maria Eugênia (COHAB) em Governador Valadares (ABRAVA, 2001).
Outro elemento propulsor dessa tecnologia é a Lei n° 10.295, de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia e a promoção da eficiência nas edificações construídas no País.
O crescimento médio no setor, que já conta com aproximadamente 140 fabricantes e possui uma taxa histórica de crescimento anual de aproximadamente 35%, foi acima de 50% em 2001. Em 2002, foram produzidos no país 310.000 m2 de coletores solares (ABRAVA, 2001).
Aproveitamento da energia solar no Brasil
Atualmente há vários projetos, em curso ou em operação, para o aproveitamento da energia solar no Brasil, particularmente por meio de sistemas fotovoltaicos de geração de eletricidade, visando ao atendimento de comunidades isoladas da rede de energia elétrica e ao desenvolvimento regional.
Além do apoio técnico, científico e financeiro recebido de diversos órgãos e instituições brasileiras (MME, Eletrobrás/CEPEL e universidades, entre outros), esses projetos têm tido o suporte de organismos internacionais, particularmente da Agência Alemã de Cooperação Técnica – GTZ e do Laboratório de Energia Renovável dos Estados Unidos (National Renewable Energy Laboratory) – NREL/DOE.
Também a área de aproveitamento da energia solar para aquecimento de água tem adquirido importância nas regiões Sul e Sudeste do País, onde uma parcela expressiva do consumo de energia elétrica é destinada a esse fim, principalmente no setor residencial.
Referencia Bibliográfica
Energia Alternativa – Sistemas Fotovoltaicos, CEMIG, Texto Superintendência de Planejamento e Desenvolvimento Energético – PE
PALZ, Wolfong. Energia Solar e Fontes Alternativas, Editora Hemus, São Paulo, 1981.
RUTHER, R. Panorama atual da utilização da energia solar fotovoltaica e o trabalho do Labsolar nesta área, Florianópolis, 2000.
Fonte: www.cerpch.unifei.edu.br
Fonte: www.cerpch.unifei.edu.br
Assinar:
Postagens (Atom)