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Físico-Química - 9º ano

Produção e Consumo de Energia

Autor: Andreia Paula

Escola

Data de Publicação: 11/02/2006

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Produção e Consumo de Energia

 

ÍNDICE

INTRODUÇÃO

VANTAGENS E DESVANT. DAS FONTES DE ENRGIA RENOVÁVEIS

ENERGIAS RENOVÁVEIS:

DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA

COMO POUPAR ENERGIA

JOGO: ÉS AMIGO DA ENERGIA

CONCLUSÃO

BIBLIOGRAFIA




 

Introdução

Algumas formas de energia que consumimos são renováveis, nas quais se incluem a energia solar, eólica, hidráulica e geotérmica. Estes tipos de energia estão constantemente a ser renovados.

Energias renováveis – a exploração intensiva de recursos energéticos limitados, tem levado os cientistas a procurar formas de energia que, ao contrário daquelas, não se esgotam e não fazem muita poluição. Entre estas formas de energia encontram-se: a solar, a eólica, a das marés, a geotérmica e a hidroeléctrica.

Mas, há outras fontes de energia* que não são renováveis. Por exemplo, a energia que usamos nos nossos carros não se pode fabricar; os combustíveis fósseis levam milhões de anos para se formarem e não podem ser produzidos de um dia para o outro.

Fontes de energia – conjunto de matérias-primas ou de fenómenos naturais utilizados para a produção de energia (carvão, urano, rios, mares, vento, hidrocarbonetos, etc).

As fontes de energia não renováveis são finitas e esgotam-se (um poço de petróleo não pode ser enchido pois este combustível é resultado de milhões de anos de decomposição orgânica). Uma vez gasta não é possível usá-la de novo, por isso, o melhor é conservar e poupar ao máximo as formas de energia não renováveis.

 

 

Vantagens e desvantagens das fontes de energia renováveis

 

Existem várias vantagens destas fontes, mas as principais são: o aproveitamento de recursos naturais, o facto de estes não serem esgotáveis e de não fazerem muita poluição (sol, vento, água).

Apesar de todas as vantagens das energias alternativas, existem alguns problemas. Na:

∙energia da biomassa, ao contrário de outras energias alternativas, o método de combustão da biomassa não é limpo. Similar à combustão dos combustíveis fósseis, produz algumas quantidades de dióxido de carbono. No entanto, produz poluentes menos danosos, uma vez que os principais elementos encontrados nos materiais orgânicos são: o hidrogénio, o carbono, o oxigénio e o nitrogénio.

∙hidroeléctrica, o aumento do nível da água pode fornecer um habitat melhor para os peixes mas também pode destruir habitats humanos e de outras espécies. Causa ainda erosão de solos que podem ter impacto na vegetação do local. Além destes desastres naturais, o enchimento de barragens também pode destruir marcos históricos.

∙energia solar: os custos  iniciais de são as principais desvantagens. Quase todos os métodos de energia solar necessitam de grandes espaços.

∙energia das marés: a alteração do eco-sistema na baía é o maior problema. Tem muitos pré-requisitos que a tornam disponível apenas num pequeno número de regiões.

∙energia das ondas: também depende muito da localização e é bastante dispendiosa.

∙energia eólica o custo inicial das turbinas é maior do que o das energias convencionais. Do ponto de vista ambiental, há o barulho produzido, interferências nos sinais de televisão e pode matar os pássaros. Além dos problemas de poluição visual na Natureza. Também não podem estar perto das cidades e há o problema de o vento não soprar 24 horas por dia o que pode causar problemas na entrega de electricidade.

 

 

Energias renováveis:

1. Energia solar

O sol sempre foi uma fonte de energia. Por exemplo, quando pomos as roupas a secar ao sol usamos o seu calor. As plantas usam a luz do sol para produzir comida e os animais alimentam-se delas. Por fim, a decomposição de animais e plantas durante milhões de anos dá origem ao carvão, petróleo e gás natural. Por isso, os combustíveis fósseis que actualmente dispomos começaram por ser luz solar há milhões de anos atrás.

Aquecimento solar da água

O sol também pode ser usado para aquecer a água nas nossas casas e empresas.

O sistema de aquecimento da água através do sol começou-se a utilizar na Califórnia por volta de 1890. Nesta altura provou-se que este sistema era mais benéfico que o carvão ou a madeira queimada. O gás artificial, feito a partir do carvão, também era um bom combustível para aquecimento mas era muito caro e a electricidade ainda era mais cara. Por estas razões, naquela época muitos eram os lares que usavam o sistema solar para aquecer a água.

Em 1897, 30% das casas de Pasadena, cidade perto de Los Angeles, estavam equipadas com placas solares. Á medida que se fizeram progressos e melhorias os sistemas solares começaram a ser usados no Arizona, Florida e em muitos outros lugares dos Estados Unidos. Por volta de 1920, foram descobertos depósitos subterrâneos de gás natural e petróleo. À medida que o seu preço se tornou acessível, os sistemas solares foram substituídos por combustíveis fósseis.

 

As placas solares aquecem as casas, empresas a até piscinas expostas ao sol. Este sistema aquece a água existente nos canos debaixo da placa solar. Actualmente, as vendas das placas solares têm vindo a aumentar.

Forno de aproveitamento de energia solar (França, Pirinéus Orientais, Odeillo).

 

O sol como produtor eléctrico

 

Reflector

A energia solar também pode ser usada para produzir electricidade.

Alguns sistemas solares, como o que está na figura, usam um reflector alto e côncavo como uma parabólica para focar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a água ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir electricidade.

O problema do sistema solar eléctrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia eléctrica. Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e à noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir electricidade.

Outro sistema solar de produção eléctrica é o que se vê na figura.

A luz do sol é reflectida em 1800 helióstatos – instrumento que conserva numa direcção constante um raio solar introduzido numa câmara escura. A luz reflectida para o centro da câmara aquece um fluído que pode ser usado para ferver a água girando a turbina e o gerador. Este sistema experimental chama-se Solar II e está a ser reconstituído no deserto da Califórnia com novas tecnologias. Se este sistema resultar será capaz de abastecer 10.000 casas.

Células solares

Também podemos transformar a luz do sol directamente em electricidade usando células solares.

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 E.U.A. na construção dos satélites espaciais.

Quando a pequena célula solar fica exposta ao sol, os electrões (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 eléctrico; assim, o movimento dos electrões gera uma corrente eléctrica. A energia eléctrica da célula solar pode então ser usada directamente nas máquinas de calcular.

A energia solar também pode ser armazenada em baterias para alimentar os candeeiros da estrada à noite. Já existem algumas experiências com carros que usam as células solares para converter directamente a luz do sol em electricidade para fazer funcionar o carro.

 

2. Energia eólica

A energia cinética do vento também é uma fonte de energia e pode ser transformada em energia mecânica e eléctrica. Um barco à vela usa a energia dos ventos para se desclocar na água. Esta é uma forma de produzir energia através do vento.

Moinho de vento

Durante muitos anos, os agricultores serviram-se da energia eólica para bombear água dos furos usando moinhos de vento. O vento também é usado para girar a mó dos moinhos, transformando o milho em farinha. Actualmente, o vento é usado para produzir electricidade.

O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina). A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada. O gerador ligado ao transmissor produz energia eléctrica.

A turbina tem um sistema de abrandamento para o caso do vento se tornar muito forte, impedindo assim a rotação demasiado rápida da ventoinha.

Um dos problemas deste sistema de produção eléctrica é que o vento não sopra com intensidade todo o ano, ele é mais intenso no verão quando o ar se movimenta do interior quente para o litoral mais fresco. Outro entrave é o facto do vento ter que atingir uma velocidade superior a 20 km/hora para girar a turbina suficientemente rápido. Cada turbina produz entre 50 a 300 kilowatts de energia eléctrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 watts cada.

Cerca de 30% da electricidade produzida a partir do vento é criada na Califórnia. A Dinamarca e Alemanha também são grandes exploradores da energia eólica. Mas uma vez produzida a electricidade, é necessário conduzi-la até ás casas, escolas e fábricas. O sistema de transmissão eléctrica é explicado no próximo capítulo.

                            

Aerodínamo, utilizado para aproveitamento da energia eólica                                                     Quinta eólica na Califórnia (E.U.A.).                 

 

3. Energia hídrica 

Recursos hídricos – são as águas em circulação no ciclo hidrológico que podem ser utilizadas pelos humanos num determinado momento e num determinado lugar. Embora a água seja um recurso renovável, as quantidades disponíveis têm diminuído.

 

Quando chove nas colinas e montanhas, a água concentra-se em rios correntes que se deslocam para o mar. O movimento ou a queda da água contém energia cinética que pode ser aproveitada como fonte de energia.

Durante centenas de anos o movimento da água foi usado nos moinhos. A passagem da água fazia mover lemes de madeira que estão ligados a uma mó (pedra granítica redonda muito pesada). Esta, roda e mói o milho transformando-o em farinha. Actualmente a corrente da água é usada para produzir energia eléctrica.

Hidra significa água. Energia hidroeléctrica é a electricidade produzida através do movimento da água. A energia hidroeléctrica usa a energia cinética da água para produzir electricidade.

Normalmente constroem-se diques que param o curso da água acumulando-a num reservatório a que se chama barragem. Noutros casos, existem diques que não param o curso natural da água, mas obriga-a a passar pela turbina de forma a produzir electricidade.

 

 

Quando se abrem as comportas da barragem, a água presa passa pelas lâminas da turbina fazendo-a girar. A turbina em vez de usar vapor, como antigamente, usa a força motriz da água. A partir do movimento de rotação da turbina o processo repete-se, ou seja, o gerador ligado à turbina transforma a energia mecânica em electricidade. Isto é o que acontece na maior parte das barragens portuguesas.

Vista aérea de uma central hidroeléctrica

 

4. Energia das marés

Os oceanos podem ser uma fonte de energia para iluminar as nossas casas e empresas. Neste momento, o aproveitamento da energia dos mar é apenas experimental e raro.

Mas como é que se obtém energia a partir dos mares?
Existem três maneiras de produzir energia usando o mar: as ondas, as marés ou deslocamento das águas e as diferenças de temperatura dos oceanos.

A energia das ondas

A energia cinética do movimento ondular pode ser usada para pôr uma turbina a funcionar.

No exemplo da figura, a elevação da onda numa câmara de ar provoca a saída do ar lá contido; o movimento do ar pode fazer girar uma turbina. A energia mecânica da turbina é transformada em energia eléctrica através do gerador.

Quando a onda se desfaz e a água recua o ar desloca-se em sentido contrário passando novamente pela turbina entrando na câmara por comportas especiais normalmente fechadas.

Esta é apenas uma das maneiras de retirar energia da ondas. Actualmente, utiliza-se o movimento de subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se move para cima e para baixo num cilindro. O êmbolo pode pôr um gerador a funcionar.

Os sistemas para retirar energia das ondas são muito pequenos e apenas suficientes para iluminar uma casa ou algumas bóias de aviso por vezes colocadas no mar.

 

5. Energia geotérmica

A energia geotérmica existe desde que o nosso planeta foi criado. Geo significa terra, e térmica significa calor, por isso, geotérmica é a energia calorífica que vem da terra.

Alguma vez partiste ao meio um ovo cozido sem lhe tirar a casca? O ovo é como a terra por dentro. A gema amarela é semelhante ao centro da terra, a parte branca corresponde ao manto da terra e a pequena casca protectora assemelha-se à crosta terrestre. Abaixo da crosta terrestre, ou seja, a camada superior do manto é constituída por uma rocha líquida, o magma (encontra-se a altas temperaturas). A crosta terrestre flutua nesse magma. Por vezes, o magma quebra a crosta terrestre chegando á superfície, a este fenómeno natural chama-se vulcão e o magma passa a designar-se lava. Em cada 100 metros de profundidade a temperatura aumenta 3º Celsius.

A água contida nos reservatórios subterrâneos pode aquecer ou mesmo ferver quando contacta a rocha quente. A água pode mesmo atingir 148º Celsius. Existem locais, as furnas, onde a água quente sobe até à superfície terrestre em pequenos lagos. A água é utilizada para aquecer prédios, casas ou piscinas no Inverno, e até para produzir electricidade. Em Portugal existem furnas nos Açores.

Em alguns locais do planeta, existe tanto vapor e água quente que é possível produzir energia eléctrica. Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor, estes são drenados até á superfície por meio de tubos e canos apropriados.

Através destes tubos, o vapor é conduzido até à central eléctrica geotérmica. Tal como numa central eléctrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina como uma ventoinha. A energia mecânica da turbina é transformada em energia eléctrica através do gerador. A diferença destas centrais eléctricas é que não é necessário queimar um combustível para produzir electricidade.

Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque onde vai ser arrefecido. O fumo branco que se vê na figura é o vapor a transformar-se novamente em água no processo de arrefecimento. A água é de novo canalizada para o reservatório onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes.

Na Califórnia existem 14 locais onde se pode produzir electricidade a partir da energia geotérmica. Alguns deles ainda não são explorados porque os reservatórios subterrâneos de água são pequenos e estão muito isolados ou a temperatura da água não é suficientemente quente. A energia eléctrica gerada por este sistema na Califórnia é suficiente para abastecer 2 milhões de casas.

 

6. Bioenergia

A biomassa é o material que normalmente imaginamos como lixo. São restos e sobras de toda a espécie: árvores mortas, ramos de árvores, restos de relva cortada, cascas de árvores e serradura que sobram nas carpintarias, sobras de colheitas, cascalho e pedras miúdas das habitação, produtos de papel e outros objectos que deitamos fora.

A biomassa pode ser aproveitada para produzir electricidade reduzindo a necessidade de recorrer a outras fontes de energia.

Na Califórnia, a biomassa é responsável pela produção de 2,77% de toda a energia eléctrica.

O uso da biomassa não contribui para o aquecimento global da Terra. As plantas usam e armazenam bióxido de carbono enquanto crescem, depois ele é libertado quando queimamos as plantas. Assim, termina-se o ciclo de armazenamento do bióxido de carbono. Este gás em quantidades excessivas provoca o efeito de estufa ou o aquecimento global do planeta.

A grande vantagem da biomassa é que pode ser reutilizada e transformada noutros produtos como o papel e fertilizantes; acumula-se menos lixo nas lixeiras e é necessária menos terra para depositar o lixo.

A biomassa é amiga do ambiente porque pode ser reduzida, reciclada e reutilizada.

Hoje em dia descobrem-se novas formas de a usar, por exemplo: para produzir um álcool especial que serve de combustível para os carros. Outra maneira de usar a biomassa é transformá-la em gases inflamáveis cujo objectivo é a produção eléctrica.

 

 

Distribuição de energia

Depois de produzida, a electricidade tem de ser distribuída pelos clientes que a usam. Portugal e muitos outros países possuem uma vasta rede de condução eléctrica. Em qualquer lugar vês os fios eléctricos suspensos pelos postes de alta tensão.

Um gerador a funcionar produz electricidade com uma voltagem de 25.000 volts. Um volt é a medição da força do movimento eléctrico, ou seja, é a força que empurra os electrões dentro de um circuito eléctrico. O nome volt vem de um físico italiano chamado Alessandro Volta que inventou a primeira bateria.

Para conduzir a electricidade a longas distâncias é necessário aumentar-lhe a voltagem; por isso, a energia eléctrica vai, em primeiro lugar, para um transformador eléctrico que lhe aumenta a voltagem até 400.000 volts.

A energia é transportada por cabos eléctricos grossos constituídos por cobre ou alumínio porque têm uma resistência baixa. Quanto maior a resistência do fio, mais quente fica e menor é a condução eléctrica. Estes cabos conduzem a energia até uma subestação eléctrica. Lá, os transformadores diminuem a voltagem eléctrica, em diferentes níveis de potência consoante a sua aplicação e local onde a electricidade se destina: fábricas, casas, escolas, candeeiros de rua, etc.

Na tua vizinhança, existe outro pequeno transformador colocado num poste eléctrico que converte a electricidade em níveis eléctricos ainda mais pequenos para poder ser usada na tua casa. A voltagem utilizada no abastecimento doméstico em Portugal é 220 volts. Actualmente já existem novas linhas de distribuição eléctrica subterrânea.

 

 

Como poupar energia?

1.     Em casa:

1.a) Casa-de-banho:

- Chuveiro – toma banho de chuveiro em vez de encheres a banheira, assim gastas 3x menos água;

- Banheira – não uses água demasiadamente quente;

- Lavatório – não deixes as torneiras a gotejar mesmo quando estiverem estragadas, tenta consertá-las o mais rápido possível, desta forma podes ajudar a poupar cerca de 1400 litros de água por mês;

- Escova de dentes – desliga a água enquanto escovas os dentes. Se todos agíssemos da mesma forma, seria possível poupar cerca de 16.500 litros de água por ano;

- Armário dos remédios – não desperdices muito lixo, escolhe embalagens familiares e que sejam de produtos recicláveis.

1.b) Cozinha

- Lava louça – não deixes a torneira aberta enquanto lavas a loiça;

- Forno – mantém a porta do forno fechada enquanto cozinhas: um quarto do calor perde-se quando a porta está aberta;

- Fogão – põe um testo nas panelas e tachos, pois assim cozinha-se muito mais depressa;

- Frigorífico – não tenhas a porta aberta por muito tempo. Decide o que queres, antes de a abrir;

- Utensílios – sempre que possível utiliza utensílios manuais e não eléctricos;

- Armário da cozinha – escolhe armários de tamanho largo e cujo tipo de madeira seja reciclável ou reutilizável.

1.c) Quarto

- Janela – no Verão, fecha as cortinas para que o Sol não aqueça o quarto;

- Cama – no Inverno, usa mais cobertores em vez de ligares o aquecimento;

- Interruptor – desliga a luz quando saíres do quarto ou quando não precisares delas acesas;

- Livros – consulta livros sobre as várias formas de poupar energia;

- Lâmpada – tenta usar lâmpadas fluorescentes pois elas utilizam 40% menos energia.

1.d) Despensa

- Máquina de lavar – lava a roupa em água fria. Cerca de 90% da energia utilizada pela máquina é gasta a aquecer a água;

- Cesto – ao usares o secador de roupa prepara um cesto cheio de roupas prontas para a secagem; desta forma secas toda a roupa de uma vez só e a máquina não tem que voltar a aquecer;

- Máquina de secar – põe o máximo de roupas que puderes no secador de cada vez que secas a roupa. Pendura as meias e outras roupas mais pequenas em vez de as secares no secador;

- Produtos de limpeza – lembra-te de adquirir garrafas recicláveis ou recarregar as embalagens vazias;

- Filtros – não te esqueças de limpar o filtro do secador. Gasta-se muito mais energia quando o filtro está entupido;

- Fusíveis – nunca toques na caixa de fusíveis!!

- Esquentador – não aqueças demasiado a água, pois estarás a gastar demasiada energia.

 

Jogo – És amigo da energia?

Questão1 

Se os primeiros peregrinos que foram a Fátima usaram canecas de alumínio, achas que elas ainda podem existir?

Resposta: sim.

 Os cientistas estimam que as canecas de alumínio duram 200 a 400 anos. Se estiverem correctos as canecas usadas há menos de 100 anos ainda existem.

Questão2

Se deixares a água a correr enquanto escovas os dentes, podes desperdiçar água suficiente para encher 80 copos?

Resposta: sim.

Podes gastar até 22 litros de água enquanto a torneira está aberta. Isso equivale a 80 copos de água. Por cada minuto que deixas a água correr desperdiças 4,5 litros de água.

Questão3

Se, quando chegou à América Cristóvão Colombo, tivesse enterrado uma garrafa de vidro, ela já estaria decomposta?

Resposta: não.

Os cientistas pensam que demora mais de 500 anos para o vidro se decompor. Por isso, a garrafa ainda poderia lá estar.

Questão4

Tomar banho de chuveiro gasta mais água do que de banheira?

Resposta: não.

O chuveiro gasta cerca de 100 litros de água enquanto que de banheira podes gastar mais do dobro.

Questão5

A caneca pela qual hoje bebes um refrigerante podia ter sido usada por outra pessoa hà vinte anos atrás?

Resposta: sim.

O alumínio pode ser reciclado vezes sem conta. O alumínio é simplesmente compactado e fundido, produzindo assim novas canecas do mesmo alumínio.

Questão6

A maioria da energia que uma lâmpada usa transforma-se em calor?

Resposta: sim.

Apenas 10% da energia queimada na lâmpada é transformada em luz.

 

Conclusão

 Para garantir a existência de energia suficiente no futuro é necessário utilizá-la prudentemente no presente. Todos devemos conservar a energia e usá-la eficientemente. Depende de todos nós a iniciativa de criar novas tecnologias que transformem a energia.

Um de nós pode ser outro Albert Einstein e encontrar outra fonte de energia. Tudo depende da tua garra e determinação. O futuro é nosso mas para lá chegar precisamos de energia.

Não tendo recursos fósseis, o nosso país para produzir electricidade, combustíveis e para as necessidades de aquecimento e refrigeração, necessita de recorrer em cerca de 90% à importação de petróleo (71%) e carvão (19%). A energia proveniente da produção hidroeléctrica, com apenas cerca de 4% e as restantes formas de energia (sobretudo biomassa), com 6%, mostra bem a nossa dependência energética do exterior e dos recursos fósseis. Com a introdução do gás natural (que se prevê contribuirá dentro de 10 anos em cerca de 10% da energia a consumir), esta distribuição será alterada mas continuará a dependência externa.

Para além dos impactos ambientais que este consumo de recursos fósseis implica, estas importações representam um encargo anual que tem variado entre 400 e 500 milhões de contos.

 

Bibliografia

MENDONÇA, Lucinda Santos, RAMALHO, Marta Duarte, Física no mundo em transformação 9.º ano, Texto Editora;

 Diciopédia 2002, Porto Editora Multimedia;

 www.abcdaenergia.com.

 

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