Energia das Marés

A energia das marés, também conhecida como energia maremotriz, é obtida por meio do aproveitamento da energia proveniente do desnível das marés. Para que essa energia seja revertida em eletricidade é necessária a construção de barragens, eclusas (permitindo a entrada e saída de água) e unidades geradoras de energia.

O sistema utilizado é semelhante ao de uma usina hidrelétrica. As barragens são construídas próximas ao mar, e os diques são responsáveis pela captação de água durante a alta da maré. A água é armazenada e, em seguida, é liberada durante a baixa da maré, passando por uma turbina que gera energia elétrica.

A força das marés tem sido aproveitada desde o século XI, quando franceses e ingleses utilizavam esse artifício para a movimentação de pequenos moinhos. Porém, o primeiro grande projeto para a geração de eletricidade através das marés foi realizado em 1967. Nesse ano, franceses construíram uma barragem de 710 metros no Rio Rance, aproveitando o potencial energético das marés.

Essa é uma boa alternativa para a produção de eletricidade, visto que a energia das marés é uma fonte limpa e renovável. No entanto, é importante destacar que poucas localidades apresentam características propícias para a obtenção desse tipo de energia, visto que o desnível das marés deve ser superior a 7 metros. Outros fatores agravantes são os altos investimentos e o baixo aproveitamento energético.

Entre os locais com potencial para a produção de energia das marés estão a baía de Fundy (Canadá) e a baía Mont-Saint-Michel (França), ambas com mais de 15 metros de desnível. No Brasil, podemos destacar o estuário do Rio Bacanga, em São Luís (MA), com marés de até 7 metros, e, principalmente, a ilha de Macapá (AP), com marés que atingem até 11 metros.

Energia Hídrica

A energia hidráulica ou energia hídrica é a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de água. A forma na qual ela se manifesta na natureza é nos fluxos de água, como rios e lagos e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda d'água. Pode ser convertida na forma de energia mecânica (rotação de um eixo) através de turbinas hidráulicas ou moinhos de água. As turbinas por sua vez podem ser usadas como acionamento de um equipamento industrial, como um compressor, ou de um gerador elétrico, com a finalidade de prover energia elétrica para uma rede de energia.

A potência hidráulica máxima que pode ser obtida através de um desnível pode ser calculada pelo produto:

Em unidades do sistema internacional de unidades (SI)

• Potência(P): Watt(W)
• Queda(H): m
• Densidade(ρ): 
• Vazão volumétrica(Q): 
• Aceleração da gravidade(g):

É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de forma contínua no tempo, por isto embora se possa usar qualquer reservatório de água, como um lago, deve haver um suprimento de água ao lago, caso contrário haverá redução do nível e com o tempo a diminuição da potência gerada (ver equação acima). As represas (barragens) são nada mais que lagos artificiais, construídos num rio, permitindo a geração contínua.

As represas podem ser importantes pois caso a água fosse coletada diretamente de um rio, na medida em que houvesse uma redução da vazão do rio, como em uma época de estiagem, haveria redução da potência gerada. Assim com a formação de um lago (reservatório da barragem), nas épocas de estiagem pode-se usar a água armazenada, e se este for suficientemente grande poderá atender a um período de estiagem de vários meses ou mesmo plurianual.

No Brasil, devido a sua enorme quantidade de rios, a maior parte da energia elétrica disponível é proveniente de grandes usinas hidrelétricas. A energia primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energia elétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de pás, que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da turbina em energia .

Um rio não é percorrido pela mesma quantidade de água durante o ano inteiro. Em uma estação chuvosa, é claro, a quantidade de água aumenta. Para aproveitar ao máximo as possibilidades de fornecimento de energia de um rio, deve-se regularizar-se a sua vazão, a fim de que a usina possa funcionar continuamente com toda a potência instalada.

A vazão de água é regularizada pela construção de lagos artificiais. Uma represa, construída de material muito resistente - pedra,terra, freqüentemente cimento armado - , fecha o vale pelo qual corre o rio. As águas param e formam o lago artificial. Dele pode-se tirar água quando o rio está baixo ou mesmo seco, obtendo-se assim uma vazão constante.

A construção de represas quase sempre constitui uma grande empreitada da engenharia civil. Os paredões, de tamanho gigante, devem resistir às extraordinárias forças exercidas pelas águas que ela deve conter. Às vezes, têm que suportar ainda a pressão das paredes rochosas da montanha em que se apóiam.

Para diminuir o efeito das dilatações e contrações devidas às mudanças de temperatura, a construção é feita em diversos blocos, separados por juntas de dilatação. Quando a represa está concluída, em sua massa são colocados termômetros capazes de transmitir a medida da temperatura a distância; eles registram as diferenças de temperatura que se possam verificar entre um ponto e outro do paredão e indicam se há perigo de ocorrerem tensões que provoquem fendas.

A energia que pode ser fornecida por unidade de tempo chama-se potência, e é medida em watt (W). Como as potências fornecidas pelas usinas hidrelétricas são muito grandes, sempre expressas em milhares de watts, utiliza-se para sua medida um múltiplo dessa unidade, o quilowatt (kW), que equivale a 1.000 W.

A potência de uma fonte de energia elétrica pode ser calculada multiplicando-se a tensão em volts que ela é capaz de fornecer pela corrente em ampères que distribui. Dessa maneira, uma fonte capaz de distribuir 1.000 A com uma tensão de 10.000 V possui uma potência de 10 milhões de watts, ou 10.000 kW.

Uma linha de transmissão, portanto, é capaz de transportar a mesma potência de duas maneiras: com voltagem elevada e corrente de baixa intensidade, ou com voltagem baixa e alta corrente.

Quando a energia elétrica atravessa um condutor, transforma-se parcialmente em calor. Essa perda é tanto maior quanto mais elevada for a intensidade da corrente transportada e maior for a resistência do fio condutor. Assim, seria conveniente efetuar a transmissão da energia elétrica por meio de fios muito grossos, que apresentam menos resistência. Porém, não se pode aumentar excessivamente o diâmetro do condutor, pois isso traria graves problemas de construção e transporte, além de encarecer muito a instalação. Assim, prefere-se usar altos valores de tensão, que vão de 150.000 até 400.000 V.

A energia elétrica produzida nas centrais não é dotada de tensão tão alta. Nos geradores, originalmente, essa energia tem uma tensão de cerca de 10.000 V. Valores mais altos são inadequadas, porque os geradores deveriam ser construídos com dimensões enormes. Além disso, os geradores possuem partes em movimento e não é possível aumentar arbitrariamente suas dimensões.

A energia elétrica é, pois, produzida a uma tensão relativamente baixa, que em seguida é elevada, para fins de transporte. Ao chegar às vizinhanças dos locais de utilização, a tensão é rebaixada. Essas elevações e abaixamentos são feitos por meio de transformadores. Potência = ρ.g..Q.H Energia = Potência x Tempo.

O gerador é um dispositivo que funciona com base nas leis da indução eletromagnética. Em sua forma mais simples, consiste numa espira em forma de um círculo. Ela fica imersa num campo magnético e roda em torno de um eixo perpendicular às linhas dessa área.

Quando fazemos a espira girar com movimento regular, o fluxo magnético que atravessa sua superfície varia continuamente. Surge assim, na espira, uma corrente induzida periódica. A cada meia volta da espira o sentido da corrente se inverte, por isso ela recebe o nome de corrente alternada.

A EXPANSÃO MARÍTIMA EUROPÉIA

A expansão marítima européia, processo histórico ocorrido entre os séculos XV e XVII, contribuiu para que a Europa superasse a crise dos séculos XIV e XV.

Através das Grandes Navegações há uma expansão das atividades comerciais, contribuindo para o processo de acumulação de capitais na Europa.

O contato comercial entre todas as partes do mundo (Europa, Ásia, África e América ) torna possível uma história em escala mundial, favorecendo uma ampliação dos conhecimento geográficos e o contato entre culturas diferentes.

 

Fatores para a Expansão Marítima
A expansão marítima teve um nítido caráter comercial, daí definir este processo como uma empresa comercial de navegação, ou como grandes empreendimentos marítimos. Para o sucesso desta atividade comercial o fator essencial foi a formação do Estado Nacional.

Formação do Estado Nacional e a centralização política-as Grandes Navegações só foram possíveis com a centralização do poder político, pois fazia-se necessário uma complexa estrutura material de navios, armas, homens, recursos financeiros. 
A aliança rei-burguesia possibilitou o alcance destes objetivos tornando viável a expansão marítima.

Avanços técnicos na arte náutica-o aprimoramento dos conhecimentos geográficos, graças ao desenvolvimento da cartografia; o desenvolvimento de instrumentos náuticos-bússola, astrolábio, sextante - e a construção de embarcações capazes de realizar viagens a longa distância, como as naus e as caravelas.

Interesses econômicos- a necessidade de ampliar a produção de alimentos, em virtude da retomada do crescimento demográfico; a necessidade de metais preciosos para suprir a escassez de moedas; romper o monopólio exercido pelas cidades italianas no Mediterrâneo ­que contribuía para o encarecimento das mercadorias vindas do Oriente; tomada de Constantinopla, pelo turcos otomanos, encarecendo ainda mais os produtos do Oriente.

Sociais-o enfraquecimento da nobreza feudal e o fortalecimento da burguesia mercantil.
Religiosos-a possibilidade de conversão dos pagãos ao cristianismo mediante a ação missionária da Igreja Católica.

 

Expansão marítima portuguesa

Portugal foi a primeira nação a realizar a expansão marítima. Além da posição geográfica, de uma situação de paz interna e da presença de uma forte burguesia mercantil; o pioneirismo português é explicado pela sua centralização política que, como vimos, era condição primordial para as Grandes Navegações.

A formação do Estado Nacional português está relacionada à Guerra de Reconquista - luta entre cristãos e muçulmanos na península Ibérica.
A primeira dinastia portuguesa foi a Dinastia de Borgonha ( a partir de 1143 ) caracterizada pelo processo de expansão territorial interna.

Entre os anos de 1383 e 1385 o Reino de Portugal conhece um movimento político denominado Revolução de Avis -movimento que realiza a centralização do poder político: aliança entre a burguesia mercantil lusitana com o mestre da Ordem de Avis, D. João. A Dinastia de Avis é caracterizada pela expansão externa de Portugal: a expansão marítima.

 

Etapas da expansão

A expansão marítima portuguesa interessava à Monarquia, que buscava seu fortalecimento; à nobreza, interessada em conquista de terras; à Igreja Católica e a possibilidade de cristianizar outros povos e a burguesia mercantil, desejosa de ampliar seus lucros.

A seguir, as principais etapas da expansão de Portugal:
1415 -tomada de Ceuta, importante entreposto comercial no norte da África;
1420 -ocupação das ilhas da Madeira e Açores no Atlântico;
1434 -chegada ao Cabo Bojador;
1445 -chegada ao Cabo Verde;
1487 -Bartolomeu Dias e a transposição do Cabo das Tormentas;
1498 -Vasco da Gama atinge as Índias ( Calicute );
1499 -viagem de Pedro Álvares Cabral ao Brasil.

Expansão marítima espanhola
A Espanha será um Estado Nacional somente em 1469, com o casamento de Isabel de Castela e Fernando de Aragão. Dois importantes reinos cristãos que enfrentaram os mouros na Guerra de Reconquista.
No ano de 1492 o último reduto mouro -Granada -foi conquistado pelos cristãos; neste mesmo ano, Cristovão Colombo ofereceu seus serviços aos reis da Espanha.
Colombo acreditava que, navegando para oeste, atingiria o Oriente. O navegante recebeu três navios e, sem saber chegou a um novo continente: a América.

A seguir a principais etapas da expansão espanhola:
1492 - chegada de Colombo a um novo continente, a América;
1504 -Américo Vespúcio afirma que a terra descoberta por Colombo era um novo continente;
1519 a 1522 - Fernão de Magalhães realizou a primeira viagem de circunavegação do globo.

 

As rivalidades Ibérica

Portugal e Espanha, buscando evitar conflitos sobre os territórios descobertos ou a descobrir, resolveram assinar um acordo -proposto pelo papa Alexandre VI - em 1493: um meridiano passando 100 léguas a oeste das ilhas de Cabo Verde, dividindo as terras entre Portugal e Espanha. Portugal não aceitou o acordo e no ano de 1494 foi assinado o Tratado de Tordesilhas.
O tratado de Tordesilhas não foi reconhecido pelas demais nações européias.

 

Navegações Tardias

Inglaterra, França e Holanda.

 

O atraso na centralização política justifica o atraso destas nações na expansão marítima:
A Inglaterra e França envolveram-se na Guerra dos Cem Anos(1337-1453) e, após este longo conflito, a inglaterra passa por uma guerra civil - a Guerra das Duas Rosas ( 1455-1485 ); já a França, no final do conflito com a Inglaterra enfrenta um período de lutas no reinado de Luís XI (1461-1483).

Somente após estes conflitos internos é que ingleses, durante o reinado de Elizabeth I (1558-1603 ); e franceses, durante o reinado de Francisco I iniciaram a expansão marítima.
A Holanda tem seu processo de centralização política atrasado por ser um feudo espanhol. Somente com o enfraquecimento da Espanha e com o processo de sua independência é que os holandeses iniciarão a expansão marítima.

Hidrogênio

O alquimista Theophrastus Bombastus von Hohenheim, conhecido como “Paracelsus”, na manipulação de metais e ácidos produziu um ar explosivo ao qual ele inocentemente ignorava que fosse um elemento químico. Já em 1766, o químico Henry Cavendish identificou este gás como uma substância química individual, mas foi Antonie Lavoisier que nomeou de Hidrogênio o elemento em 1783, e descobriu a também assim posteriormente a formula da água. É o elemento mais abundante no universo, mas na crosta terrestre é relativamente difícil de encontrar esse gás (H2).

É obtido através de eletrólise, reações de metais com ácidos, reações de carvão ou hidrocarbonetos com vapor de água a alta temperatura.

O hidrogênio é elemento mais simples, constituído por um núcleo contendo um próton com um elétron orbitando em sua volta (elemento descrito na forma fundamental). O deutério, um isótopo de hidrogênio que contem no núcleo um próton e um nêutron, e em sua orbita tendo um elétron. Esse isótopo foi descoberto por Harold c. Urey, ganhando por essa descoberta o Prêmio Nobel em Química em 1934.

O deutério de hidrogênio é de grande utilidade na indústria nuclear, sendo sua diferença do isótopo mais abundante somente a presença de um nêutron no seu núcleo.

Existe também o trítio, outro isótopo de hidrogênio que contem em seu núcleo um próton e dois nêutrons. A interação do átomo de hidrogênio na vida humana é de grande importância, observando a formula da água, substância fundamental para a sobrevivência da humanidade, existem dois átomos de hidrogênio para um átomo de oxigênio.

O hidrogênio também vem sendo testado na produção de combustível (energia limpa). A energia termonuclear é obtida  pela colisão e fusão de núcleos de hidrogênio, deutério e trítio, podendo obter o elemento Hélio com essas colisões, e assim liberando enormes quantidades de energia. Com fontes de abastecimento natural muito comum em nosso planeta, a água do mar talvez venha a ser utilizada nesse procedimento para construir fontes de energias quase inesgotáveis.

Este elemento não é encontrado livre na natureza em sua forma atômica, é localizado sempre na composição de outras substâncias. Sua grande instabilidade o torna muito reativo. O hidrogênio perdendo um elétron fica na forma de cátionH⁺, ganhando um fica na forma de ânion H¯, presente apenas em combinações com metais alcalinos e alcalino-terrosos.  Os íons também são de grande importância no organismo, atuam no metabolismo celular acentuando a velocidade de reações bioquímicas.

Gás Metano

O metano é um gás que não possui cor e nem cheiro. Considerado um dos mais simples hidrocarbonetos, possui pouca solubilidade na água e, quando adicionado ao ar, torna-se altamente explosivo.

O metano é produzido através dos seguintes processos naturais:

-Decomposição de lixo orgânico;
-Digestão de animais herbívoros;
-Metabolismo de certos tipos de bactérias;
-Vulcões de lama;
-Extração de combustíveis minerais (principalmente o petróleo);
-Aquecimento de biomassa anaeróbica.

Encontramos na atmosfera o gás metano na produção aproximada de 1,7 ppm (partículas por milhão). Como ele pode ser produzido através de matéria orgânica, pode ser chamado de biogás. Desta forma, é utilizado como fonte de energia.

Gás metano e Efeito Estufa

Um dos aspectos negativos do metano é que ele participa da formação do efeito estufa, colaborando, desta forma, para o aquecimento global.

Perigo para a saúde

Se inalado, o metano pode causar asfixia, parada cardíaca, inconsciência e até mesmo danos no sistema nervoso central. 

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Argumentos Favoráveis e Desfavoráveis na Geração de Energia Elétrica em Diferentes Tipos de Usinas

Hidrelétrica:

Argumentos Favoráveis

·        Fonte Renovável de Energia;

·        Utiliza a água dos rios;

·        Não queima combustível;

·        Não produz lixo;

·         Pode ser utilizada em sistemas de pequeno e grande porte.

Argumentos Desfavoráveis

·        Mudança na fauna e na flora;

·        Deslocamento de populações ribeirinhas;

·        Destruição de terras produtivas e florestas;

·        Desvio do curso dos rios;

·        Depende das chuvas.

Termelétrica: Combustíveis Fósseis, Biomassa e Nuclear.

Argumentos Favoráveis

·        Utiliza vários tipos de combustíveis;

·        Seu funcionamento independe de fatores naturais, como sol, chuva ou vento;

·        Pode ser instalada em qualquer local;

·        Pode ser acionada a qualquer momento.

Argumentos Desfavoráveis

·        Poluição do ar por emissão de gases e cinzas por causa de combustível (o que não ocorre no caso da termonuclear, mas, em contrapartida, há produção  de lixo nuclear);

·        Aumento do efeito estufa por causa da emissão de gases;

·        Aumento da temperatura das águas dos rios que são utilizadas para o sistema de refrigeração;

·        Alto custo com manutenção.

Eólica:

Argumentos Favoráveis

·        Fonte renovável de energia;

·        Utiliza o vento;

·        Não queima combustível;

·        Não produz lixo;

·        Pode ser utilizada em sistemas de pequeno e grande porte.

Argumentos Desfavoráveis

·        Deve ser instalada em regiões com bastante vento;

·        Produz poluição sonora;

·        Poluição visual;

·         Morte de pássaros que colidem com as pás do gerador.

Solar (FOTOVOLTAICA):

Argumentos Favoráveis

·        Não queima combustível;

·        Precisa de pouca manutenção;

·        Tem vida útil de 20 anos;

·        Pode ser usada em sistemas de pequeno e grande porte;

·        Pode ser transportada.

Argumentos Desfavoráveis

·        Necessita de regiões com bastante sol o ano inteiro;

·        As células utilizam materiais danosos ao ambiente em sua fabricação;

·        As células não podem ser recicladas;

·        As baterias utilizadas precisam ser trocadas periodicamente.

Energia Nuclear

Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia. Foi descoberta por Hahn, Straßmann e Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A tecnologia nuclear tem como uma das finalidades gerar eletricidade. Aproveitando-se do calor emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.




Reatores de fissão

Existem vários tipos de reatores, de água leve (ingl. Light Water reactor ou LWR), reatores de água pesada (ingl. Heavy Water Reactor ou HWR), reator de rápido enriquecimento ou "reatores incubadores" (ingl. Breeder reactor) e outros, dependendo da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera mais material físsil (combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de Chernobyl também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para geração de energia elétrica no mundo são do tipo água leve. A nova geração de usinas nucleares, denominada G3+, incorpora conceitos de segurança passiva, pelos quais todos os sistemas de segurança da usina são passivos, o que as tornam intrinsecamente seguras. Como reatores da próxima geração (G4) são considerados reatores de sal fundido ou MSR (ingl. molten salt reactor). Ainda em projeto conceitual, será baseada no conceito de um reator de rápido enrequecimento.

Reatores de Fusão

O emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica.
O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio. A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com sobra de grande quantidade de energia útil.
A principal dificuldade do processo consiste em confinar uma massa do material no estado plasmático já que não existem reservatórios capazes de suportar as elevadas temperaturas a ele associadas. Um meio é a utilização do confinamento magnético.
Os cientistas do projeto Iter, do qual participam o Japão e a União Européia, pretendem construir uma central experimental de fusão para comprovar a viabilidade econômica do processo como meio de obtenção de energia.