2015 cen: ediÇÃo especial - ufvjm

CeN, 36(1)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAVolume 37 | Ed. Especial UFVJM | 2015

ISSN 0100-8307 - ISSN on-line: 2179-460x

Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas - UFSM

CeN, 36(1)

A correspondência deverá ser dirigida para:

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Ciência e Natura / Universidade Federal de Santa Maria.

Centro de Ciências Naturais e Exatas. – Vol. 1, no. 1 (1979)- . Santa Maria, 1979- Disponível em: www.ufsm.br/cienciaenatura Anual, 1979-2003; semestral, 2004-2013; quadrimestral, 2014- ISSN 0100-8307 (versão impressa) e-ISSN 2179-460X (versão online)

1. Ciências naturais. 2. Ciências exatas. I. Universidade Federal de Santa Maria – UFSM. II. Centro de Ciências Naturais e Exatas - CCNE. CDU 501(05)

Ficha catalográfica elaborada por Débora Cristina Daenecke CRB-10/2229

Biblioteca Central da UFSM

CeN, 36(1)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAPaulo Afonso BurmannPaulo Bayard Dias GonçalvesPaulo Renato Schneider

CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATASSônia Terezinha Zanini CechinFélix Alexandre Antunes Soares

REVISTA CIÊNCIA E NATURAMarcelo Barcellos da Rosa

André Weissheimer de BorbaAugusto Maciel da SilvaCarmen Vieira MathiasCássio Arthur WollmannClaudia Candida PansonatoCristiane MuenchenFábio Mariano BayerLiliana EssiLucio Strazzabosco DornelesMarcelo Barcellos da RosaNathalie Tissot BoiaskiRosemaira Dalcin CopettiSolange Bosio Tedesco

Andréa de Oliveira Cardoso, Universidade Federal do ABC, BrasilBeatriz Brasileiro, Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais, BrasilCamilo Amaro Carvalho, Universidade Federal de Viçosa, BrasilCarmem Dickow Cardoso, Universidade Federal Santa Maria, BrasilCássio Arthur Wollmann, Universidade Federal Santa Maria, BrasilDavidson Martins Moreira, Universidade Federal da Fronteira Sul, BrasilEmerson Galvani, Universidade de São Paulo, BrasilÉrika Collischonn, Universidade Federal de Pelotas, BrasilFranciano Scremin Puhales, Universidade Federal Santa Maria, BrasilGauss Moutinho Cordeiro, Universidade Federal de Pernambuco, BrasilJosé Fernando Gomes Requeijo, Universidade Nova de Lisboa, PortugalJulian Penkov Geshev, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, BrasilJuliano Casagrande Denardin, Universidad de Santiago de Chile, ChileMarcelo Barreto da Silva, Universidade Federal do Espírito Santo, BrasilMartha Bohrer Adaime, Universidade Federal Santa Maria, BrasilMax Oliveira de Souza, Universidade Federal Fluminense, BrasilNina Simone Vilaverde Moura, Fundação Zoobotânica do Rio Grande do Sul, BrasilRui Manuel Campilho Pereira de Menezes, Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da Empresa, PortugalSimone Ferraz, Universidade Federal Santa Maria, BrasilUdo Sinks, Universidade Federal do Pampa, BrasilVanderlei Minori Horita, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, BrasilVanilde Bisognin, Centro Universitário Franciscano, Brasil

Roberto Lima BordinÉrica Duarte Medeiros, Giseli Caroline Seeger da Silva - Revisão Gramatical da Lingua Portuguesa

Roberto Lima Bordin

Roberto Lima Bordin

Bruna MilaniPatrick Hundertmarck da Silva, Edimar de Oliveira Quevedo,

Dherik França (Física)

Reitor

Diretora

Editor

Editores de Seção

Editores Associados

Editor GerenteRevisores

Projeto Gráfico

Produção Editorial

Arte Capa

Colaboradores

Vice-Diretor

Vice-ReitorPRPGP

Marca dos 35 anos

CeN, 36(1)

Sumário

EDITORIAL

Raquel Anna Sapunaru

POR QUE DEVEMOS INVESTIR EM ENERGIA NUCLEAR?

Raquel Anna Sapunaru, Olavo Cosme da Silva, Maria Thereza da Silva Lopes Lima, Marina Corrêa de Souza, Tarcísio Santos

Flores, Nathália Gracielle da Silva Cruz, Hugo Duarte Diamantino, Lívia Alves Barroso, Bruna Almeida Rocha, Rômulo Luiz

Mendes Souza, Pedro Camilo Ramos e Márcio Henrique Marques Macedo

SOBRE A SITUAÇÃO ENERGÉTICA BRASILEIRA: DE 1970 A 2030

Maria Thereza da Silva Lopes Lima, Marina Corrêa de Souza, Tarcísio Santos Flores, Nathália Gracielle da Silva Cruz, Hugo

Duarte Diamantino, Lívia Alves Barroso, Bruna Almeida Rocha, Rômulo Luiz Mendes Souza, Pedro Camilo Ramos e Márcio

Henrique Marques Macedo

DISCORRENDO SOBRE O USO DAS TERMELÉTRICAS NO BRASIL

Maria Thereza da Silva Lopes Lima e Marina Corrêa de Souza

UM BREVE ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS ENERGIAS EÓLICA E NUCLEAR

Tarcísio Santos Flores

AS INFLUÊNCIAS DAS TORRES HIPERBÓLICAS NAS USINAS TERMOELÉTRICAS: UM FOCO TERMONUCLEAR

Raquel Anna Sapunaru, Olavo Cosme da Silva, Maria Thereza da Silva Lopes Lima, Marina Corrêa de Souza, Tarcísio Santos

Flores, Nathália Gracielle da Silva Cruz, Hugo Duarte Diamantino, Lívia Alves Barroso, Bruna Almeida Rocha, Rômulo Luiz

Mendes Souza, Pedro Camilo Ramos e Márcio Henrique Marques Macedo

1

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24

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Artigo Original DOI:10.5902/2179460X18541

Ciência e Natura, Santa Maria, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 01Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas - UFSMISSN impressa: 0100-8307 ISSN on-line: 2179-460X

EDITORIAL

O projeto “Por que devemos investir em Energia Nuclear?” faz parte no Núcleo de Filosofia e História da Física-matemática (NUFIHM). O NUFIHM nasceu em fevereiro de 2012 com a missão de proporcionar ao Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) uma alternativa para do estudos e as pesquisas tradicionais das Engenharias do ICT-UFVJM. Outrossim, o núcleo têm também como objetivo a publicação de artigos e apresentações de seus resultados de modo a permitir discussões críticas que possam influenciar em futuras reformulações ou aprimoramentos desses estudos e pesquisas alternativos cujo foco encontra-se nos projetos voltados para a interface pesquisa-ensino-extensão. Para nós, essa tríade encontra-se enraizada no cerne do conhecimento acadêmico brasileiro da atualidade.

De forma complementar, no que tange especificamente o projeto “Por que devemos investir em Energia Nuclear?”, estudamos o que é a Energia Nuclear, tanto na sua produção, quanto na sua aplica-bilidade/viabilidade enquanto uma fonte de Energia Elétrica alternativa á Energia Hídrica, dominante no Brasil. De certa forma, fomos motivados pela ideia de que há uma carência de estudos, incentivos e investimentos em projetos ligados à Física/Engenharia Nuclear. Os dados obtidos através de fontes primárias e secundárias, entrevistas e visitas ao Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN), infelizmente, corroboraram esse déficit de investimentos. Mesmo assim, além da Energia Nuclear, pesquisamos outras formas de energias alternativas e, na medida do possível, as comparamos com a nuclear, a fim de formarmos um pensamento conciso sobre o panorama energético brasileiro e mundial.

Vale ressaltar que os artigos publicados nesta edição especial da Revista Ciência e Natura não estão exatamente conectados entre si, mas sim em torno do tema da Energia Nuclear. Os trabalhos que apresentamos nesta edição são pesquisas discentes (trabalhos de cunho pesquisa-extensão), com uma pequena supervisão docente. Nosso grupo é composto por graduandos de Engenharia Mecânica e Engenharia Química e, professores de Física e Filosofia. Por sermos um grupo heterogêneo no que diz respeito à formação acadêmica, o que nos une de fato é uma condição geopolítica especial e por uma ideia.

Sobre nossa condição geopolítica, segundo o IBGE, estamos situados em uma das regiões mais ca-rentes do Brasil, cujo desenvolvimento atual e futuro está intimamente ligado à geração de empregos. Seguindo um raciocínio simples, para gerarmos empregos é mister que as empresas se estabeleçam nessa região. Nesse momento, surge a ideia da abundância de energia como um dos fatores que mais poderiam estimular essa migração empresarial. Infelizmente, no semiárido do Norte de Minas Gerais, a Energia Hídrica não tem vez. Outras fontes alternativas de energia seriam passíveis de consideração, mas a abundância necessária de energia para se dar um passo a frente só pode ser obtida através de uma usina nuclear, mesmo que os investimentos iniciais sejam de maior monta. Desse modo, fecharí-amos o ciclo energia->emprego->desenvolvimento->energia. Essa é a nossa ideia!

Por fim, agradecemos à Revista Ciência e Natura pela grande parceria e, principalmente, por facilitar a divulgação dos nossos trabalhos.

Boa leitura!

Prof. Raquel Anna Sapunaru e membros do projeto “Por que devemos investir em Energia Nuclear?”


Ciência e Natura, Santa Maria, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 02–05Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas - UFSMISSN impressa: 0100-8307 ISSN on-line: 2179-460X



Por que Devemos Investir em Energia Nuclear?

Why Should we Invest in Nuclear Energy?

Raquel Anna Sapunaru1, Olavo Cosme da Silva2, Maria Thereza da Silva Lopes Lima3, Marina Corrêa de Souza4, Tarcísio Santos Flores5, Nathália Gracielle da Silva Cruz6, Hugo Duarte Diamantino7, Lívia Alves Barroso8, Bruna Almeida Rocha9, Rômulo Luiz Mendes

Souza10, Pedro Camilo Ramos11 e Márcio Henrique Marques Macedo12

1 Professora Doutora em Filosofia da Ciência, Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.2 Professor Doutor em Física, Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.

3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Graduandos em Engenharia Química do Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.

12 Graduando em Engenharia Mecânica do Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.

Resumo

No presente artigo discorreremos brevemente sobre as vantagens da energia nuclear, destacando-a como uma forma de energia alternativa viável para o Brasil.

Palavras-chave: Energias alternativas, energia nuclear, investimentos.

Abstract

In this paper we discuss briefly about the benefits of nuclear energy, highlighting it as a form of alternative energy workable for Brazil.

Keywords: Alternative energy, nuclear energy, investments.

Ciência e Natura, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 02–05 3Ciência e Natura, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 01–04 2

1 Introdução

xiste um claro preconceito contra a energia nuclear e este fenômeno é mundial. Depois do acidente de Chernobyl, em 1986, a situação das pesquisas

em torno da produção de uma energia nuclear mais limpa se agravou. Os investimentos nesta área foram gradualmente sendo cortados, no Brasil e no mundo. Particularmente no Brasil, o quadro não é muito diferen-te, talvez até um pouco mais grave. Somos conhecidos mundialmente por nossas riquezas naturais e enormes bacias hídricas que aparentemente justificam um inves-timento quase nulo em pesquisas em torno da energia nuclear. Temos energia elétrica em abundância gerada por hidroelétricas gigantescas, imponentes e devasta-doras. Por que tamanho preconceito contra a geração da energia elétrica via energia nuclear? Como se dá a transformação da energia nuclear em energia elétrica? Estas são algumas das questões que nos perturbam e nos inspiram a trabalhar no projeto “Por que devemos investir em Energia Nuclear?”, cujo o primeiro contato dar-se-á neste artigo introdutório.

2 Afinal, do que Estamos Tratando?

Basicamente, a fissão/fusão de nucleotídeos liberam uma quantidade enorme de calor, na faixa dos milhões de graus Celsius, vaporizando a água instantaneamente. Este processo gera vapor e, por sua vez, este gera pressão. Daí: a) movem-se as turbinas; b) movem-se os eixos das turbinas que giram dentro de uma estrutura que contém um imã em forma de arco; c) movem-se os elétrons dos metais e assim; d) gera-se uma corrente elétrica muito alta, tanto no que tange a voltagem, quanto a amperagem. Grosso modo, para que a energia nuclear se transforme em energia elétrica é necessário uma usina nuclear. Tro-cando em miúdos, esta usina possui um reator no qual ocorrerá uma fissão nuclear de forma controlada. A fissão nuclear gera muito calor, sendo necessário refrigerar o reator. A seu turno, a refrigeração do reator é feita através de um circuito fechado que superaquece. O calor desta água é transferido através de vasos trocadores de calor para outra água que se aquece ao ponto de vapor. Finalmente, este vapor é utilizado para acionar turbinas que estão ligadas aos geradores elétricos. Notamos que o gerador nuclear é semelhante aos geradores utilizados nas usinas hidroelétricas. Assim, o que muda é a forma de acionar estes geradores. (GUERRINI, 2001). A título de ilustração, nas hidroelétricas com as quais estamos habituados, os geradores são acionados por turbinas hidráulicas, mas nas usinas nucleares são acionados por turbinas a vapor. Há também as termoelétricas que funcionam como as usinas nucleares. Nelas, os geradores são acionados por turbinas a vapor, mas, neste caso, o vapor não é obtido a partir do calor gerado pela fissão nuclear e sim por aquecimento da água pela queima de

óleo ou carvão. (GUERRINI, 2001).Esclarecido como obtemos energia elétrica a par-

tir de usinas nucleares, as dúvidas sobre a razão do preconceito ainda permanecem. Em defesa da energia nuclear, sabemos que em um futuro não muito distante os recursos fósseis como o carvão e o petróleo estarão esgotados. Neste panorama, uma das grandes vantagens da utilização da energia nuclear é a relação entre a quan-tidade de combustível utilizado e da energia obtida. Isto também se traduz em uma economia no transporte de resíduos. Como uma alternativa aos combustíveis fósseis, o uso da energia nuclear poderia evitar o problema do chamado aquecimento global que acreditamos ter uma influência importante para a mudança climática global. Melhorar a qualidade do ar que respiramos, implica em um aumento da qualidade de vida. Contudo, a geração de energia elétrica atualmente é feito por meio de rea-ções de fissão nuclear, como explicamos anteriormente. Argumentamos que se a fusão nuclear fosse possível, forneceria as seguintes vantagens: a) teríamos uma fonte de energia inesgotável; b) o reator pode evitar aciden-tes por reações em cadeia que ocorrem em fissões; e; c) os resíduos gerados seriam muito menos radioativos. (AMANO, 2012). Cabe ressaltar que a construção de hi-droelétricas potentes como as brasileiras causa impactos ambientais irreversíveis.

3 Uma Análise mais Concisa

Nas últimas décadas, as centrais nucleares geram 14% das necessidades mundiais de eletricidade, produzindo mais eletricidade do que toda a população mundial consumiu em meio século. Dos aproximadamente 400 reatores nucleares em funcionamento hoje, a grande maioria foi construída durante a boa fase da energia nuclear, ou seja, dos anos de 1970 a 1980. Depois disso, a expansão da energia nuclear decaiu dramaticamente. As razões para este declínio geral na aceitação pública e acadêmica se deram após o acidente de Chernobyl. A principal consequência deste odioso acidente foi a reversão de muitas políticas governamentais que favo-reciam a energia nuclear, acompanhada de uma esca-lada monstruosa dos custos de capital e o aumento dos tempos médios de construção de novas usinas nucleares em diversos países. Durante algum tempo, parecia que a energia nuclear poderia ter um fim.

Contudo, nos últimos anos, a situação mudou no-vamente de forma dramática, graças acima de tudo aos programas em grande escala de energia nuclear na China e outras nações asiáticas. Atualmente, 57 novos reatores nucleares estão em construção em todo o mundo, com capacidade de geração total de eletricidade de 57.555 MW. Além disso, 151 reatores adicionais estão previstos em 24 países. A China lidera a nova onda de expansão nuclear, com 23 reatores atualmente em construção, a Coreia do Sul está em processo de construção de seis

E

4 Sapunaro et al.: Por que Devemos Investir em Energia Nuclear?3 Sapunaro et al.: Por que Devemos Investir em Energia Nuclear?

novos reatores, a Índia 4 e o Japão mais 2. A Rússia está construindo 10 novos reatores como parte de um plano de quase dobrar sua capacidade de geração de energia nuclear até 2020, permitindo assim desviar mais petróleo e gás para as exportações lucrativas. Simultaneamente, há sinais de um renascimento do interesse pela energia nuclear nos Estados Unidos que têm o maior número do mundo de plantas operacionais. A opinião pública dos EUA mudou claramente a favor da energia nuclear e alguns de governos estaduais aprovaram leis tornando mais fácil o financiamento e o licenciamento de novas centrais nucleares.

Enquanto isso, formas concorrentes de energia “verde” estão enfrentando uma oposição crescente em muitos países, especialmente no caso da energia eólica. Milhares de turbinas eólicas de grande porte estão destruindo paisagens naturais e já houve mais de 60 acidentes fatais envolvendo energia eólica, bem como numerosos outros acidentes envolvendo incêndios, colapso de torres eólicas e desprendimento de lâminas de turbina.

Talvez a característica mais importante da retomada nuclear encontra-se no foco em melhorias e inovações com relação aos reatores, que pode aumentar a atrativi-dade econômica desta forma de produção de energia, a redução do investimento, o tempo de construção e des-pesas operacionais por kWh que, ao mesmo tempo, vêm expandindo a gama de aplicações da energia nuclear em países desenvolvidos e em desenvolvimento que ainda se encontram em fase de elaboração.

Entre outras coisas, há uma clara tendência de in-vestimentos em projetos de reatores com segurança inerente, reduzindo a necessidade de muitos sistemas de segurança ativos caros, bem como melhorias substan-ciais com relação à eficiência em termos de consumo de combustível e níveis de conversão térmica. Juntamente com planos melhorados para reatores de água leve e grandes reatores reprodutores, há grandes esforços para o desenvolvimento de reatores de menor envergadura, modulares e padronizados, que poderiam ser fabrica-dos de forma barata e dar maior flexibilidade no uso. Estes reatores podem ser instalados nas regiões menos desenvolvidas sem a necessidade de uma grande rede eléctrica. Como o consumo de eletricidade cresce, mais módulos seriam gradualmente acrescentados. A China já começou a construção de uma nova usina composta por vários módulos de reatores de alta temperatura. Outro grande foco de projetos de reatores inovadores é a aplicação para a produção em larga escala de hidrogênio e água dessalinizada, juntamente com a geração de ele-tricidade. Finalmente, observamos uma forte tendência internacional para ciclos fechados de combustível e utilização do potencial de U-238 e Tório, como na Índia. Ademais, há o desenvolvimento de tecnologias para a transmutação de resíduos nucleares, reduzindo ou talvez até, finalmente, eliminando a necessidade de armazena-mento final a longo prazo. (EVANS-PRITCHARD, 2013).

4 Conclusão

Para sermos completamente honestos, é mister listar também as desvantagens do uso da energia nuclear. A principal desvantagem deste emprego está no âmbito da segurança na sua utilização que recai sobre a responsa-bilidade dos indivíduos. Decisões irresponsáveis podem levar a acidentes em usinas nucleares como ocorreu em Chernobyl, mas, pior ainda, pode ser usada para fins militares. Como demonstrado pela própria história da energia nuclear, ela foi utilizada para atacar o Japão na II Guerra Mundial, na forma de duas bombas nucleares. A nível civil, uma das principais desvantagens é a geração de resíduos nucleares e sua dificuldade de gestão. Estes resíduos levam muitos anos para perder sua radioati-vidade. (TENNENBAUM, 2010). Infelizmente, hoje, a fusão nuclear é impraticável. Todavia, isto não significa que amanhã sua viabilidade não seja uma realidade.

Finalizando, segue-se uma imagem da evolução dos reatores nucleares desde sua primeira geração, até um futuro breve.

Figura 1 – Exemplos de Modelos de Reatores Nucleares. (Fonte: http://www.gen-4.org/Technology/evolution.htm)

Agradecimentos

Agradecemos ao Professor Rubens Martins Moreira do Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN) por nos receber e nos incentivar a defender e divulgar a energia nuclear.

Agradecemos ao Professor Alexandre C. Tort, do Instituto de Física da UFRJ , pelas correções, sugestões e paciência, com o nosso excesso de entusiasmo.

Agradecemos a Professora Socorro Lima Costa do Departamento de Ciências Biológicas por abraçar nosso

Ciência e Natura, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 02–05 5Ciência e Natura, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 01–04 4

projeto.Agradecemos à FAPEMIG e ao CNPq, sem os quais

esta pesquisa não poderia ser realizada.Agradecemos ao Instituto de Ciência e Tecnologia

(ICT) da UFVJM e a Pró-reitoria de Pesquisa e Pós-graduação da UFVJM pelo apoio logístico e confiança.

Referências

AMANO, Y. Nuclear technology for a sustainable future. IAEA. Junho 2012. Disponível em: < http://www.iaea.org>. Último Acesso: 22 ago 2013.

EVANS-PRITCHARD, A. Safe Nucleardoes exist, and China is leading the way with Thorium. The Telegraph. 22 ago 2013. Inglaterra. Disponível em: < http://www.telegraph.co.uk/finance/comment/ambroseevans_pritchard/8393984/Safe-nuclear-does-exist-and-China-is-leading-the-way-with-thorium>. Último Acesso: 22 ago 2013.

GUERRINI, I. M. Fontes alternativas de energia. CDCC. USP. São Carlos. Disponível em: <http://fisica.cdcc.sc.usp.br/olimpiadas/01/artigo1/fontes_eletrica.html>. Último Acesso: 22 ago 2013.

LARSON, D. Opportunity Nuclear. 16 jun 2013. Disponível em: <http://energyfromthorium.com/2013/06/16/opportunities-in-nuclear/> Último Acesso: 22 ago 2013.

TENNENBAUM, J. Nuclear power: engine for world economic recovery and development. Inst. J. Nuclear Governance. Economy and Ecology. Berlim. v. 3. n. 2. 2010.

TOMABECHI, K. Energy resources in the future. Energies. 2010, 3, 686-695. Disponível em: <http:// www.mdpi.com/journal/energies>. Último Acesso: 22 ago 2013.



Sobre a Situação Energética Brasileira: De 1970 a 2030

On the Brazilian Energetic Situation 1970 - 2030

Maria Thereza da Silva Lopes Lima1, Marina Corrêa de Souza2, Tarcísio Santos Flores3, Nathália Gracielle da Silva Cruz4, Hugo Duarte Diamantino5, Lívia Alves Barroso6, Bruna Almeida Rocha7, Rômulo Luiz Mendes Souza8, Pedro Camilo Ramos9 e Márcio Henrique

Marques Macedo10



Resumo

No presente trabalho relata-se, primeiramente, a situação energética brasileira a partir da grande crise petrolífera ocorrida na década de 1970. Na sequência, aborda-se o período compreendido entre as décadas de 1980 até 2005. Por fim, projeta-se cenários de um passado recente (de 2005 a 2013), do futuro que começa hoje e vai até 2030. Trata-se de um trabalho com fins educacionais, no qual provemos dados compilados para pesquisas escolares de todos os níveis.

Palavras-chave: Energética, projeção, matriz energética.

Abstract

In this paper we report, first, the Brazilian energy situation from the major oil crisis in the 1970s.Next, we discuss the period from the 1980s until 2005.Finally, it is projected scenarios from recent past (2005-2013), to the future that begins today and runs until 2030.This is a work for educational purposes, in which we provide compiled data for school research in all levels

Keywords: Energy, projection, energy matrix.

Ciência e Natura, v. 37 Ed. Especial UFVJM, 2014, p. 06–16 7

1 Introdução

ideia de produzir um trabalho como este sur-giu de uma crença partilhada por muitos: a quantidade de energia de uma população está

diretamente ligada ao seu desenvolvimento social. Ora, nós do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da Uni-versidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) estamos lotados numa das área mais pobres do Brasil. No norte de Minas Gerais há pequenos distritos que vivem de e com praticamente nada. Para esses, a era do extrativismo já terminou. A terra nada produz e a vida passa sem perspectivas. Muito além de fazermos caridades, é preciso investir na dignidade dessas popu-lações, é preciso emprega-las, dar-lhes uma perspectiva justa. Porém, como proceder? Quem iria investir em um lugar seco, que nada dá? Mão-de-obra abundante e barata não atrai mais as grandes fábricas/indústrias. Então, o que as faria vir para cá? Energia abundante e quem sabe, subsidiada!

Por isso, resolvemos estudar a questão energética brasileira do ponto de vista histórico e criar este artigo/relatório como um material de pesquisa para estudantes interessados em adquirir rapidamente uma visão geral, panorâmica da situação energética brasileira, a partir dos anos de 1970. Nossa ideia é simplesmente fazer com que os jovens pensem no assunto, sem os preconceitos imputados pela mídia desinformada. As forma de energia tem que ser vista em sua totalidade e não somente por um único aspecto, aquele que mais agrada ou interessa...

Por essas razões, construímos nosso trabalho de forma mais dinâmica, concentrando as fontes de dados numéricas em sua totalidade no final do trabalho.

Assim, iniciamos expondo o cenário energético atual do Brasil, com referência ao ano de 2012, segundo o Balanço Energético Nacional realizado pelo Ministério de Minas e Energia e a Empresa de Pesquisa Energética (2013), aponta para um consumo de 42,4% de energias renováveis, e 57,6% de energia não renováveis, conforme r

Figura 1 - Cenário energético do Brasil.

As energias renováveis incluem derivados de cana-

de-açúcar – 15,4%, hidráulica e eletricidade – 13,8%, lenha e carvão vegetal – 9,1%, lixívia e outras renová-

veis – 4,1% e as energias não renováveis incluem o gás natural – 11,5%, carvão mineral e seus derivados – 5,4%, petróleo e derivados – 39,2% e urânio e derivados – 1,5%. A Tabela 1 faz um comparativo entre as principais fontes não renováveis, apresentada em anexo, com o nome de Tabela 1 Suplementar.

O consumo total de energia em 2012 foi de 283,6 milhões de tep. A oferta interna de energia (total de energia demandada no país) aumentou 11,3 mi¬lhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep), anotando uma taxa de crescimento de 4,1% e atingindo 283,6 Mtep.

O gás natural, o petróleo e os derivados responderam por 97% deste incremento. Isto ocorreu basica¬mente através da redução na oferta interna de biomassa da cana, notadamente do etanol, e de hidroeletricidade. Uma vez que a produção de derivados, ainda que tenha aumentado, não acompanhou o ritmo da demanda, hou-ve, como consequência, maior importação de gasolina e diesel. Outro reflexo foi a redução da proporção de renováveis na matriz energética. Contudo, essa partici-pação manteve-se em patamar muito elevado, de 42,4%, significativamente acima da média mundial, calculada em 13,2% pela Agência Internacional de Energia.

Entre todos os setores demandantes de energia, o segmento de transporte foi o que liderou o crescimento da demanda. O consumo agregado do setor, envolvendo transporte de carga e de pessoas, cresceu à expressiva taxa de 7,2%. No transporte de carga, o licenciamento, entre 2011 e 2012, de mais de 312 mil novos caminhões figuram entre os elementos que explicam o crescimento de 6,1% no consumo de óleo diesel. Complementando o quadro do setor de transporte, registra-se o crescimento de 5,4% no consumo de querosene de aviação.

No setor de energia elétrica, apesar do aumento de 1.835 MW na potência instalada do parque hidroelétri-co, a oferta de energia hidráulica reduziu-se em 1,9% devido às condições hidrológicas observadas em 2012, especialmente na segunda metade do ano. A menor oferta hídrica explica o recuo da participação de renováveis na matriz elétrica, de 88,9% em 2011 para 84,5% em 2012. A potência eólica atingiu 1.894 MW, o que proporcionou uma geração que praticamente dobrou a fatia desta fonte na matriz elétrica nacional. O aumento do consumo final de eletricidade, de 3,8%, puxado pelas famílias e pelo setor de serviços, foi atendi-do com aumento da geração térmica convencional, especialmente das usinas movi-das a gás natural, cuja participação na matriz cresceu de 4,4% para 7,9%. Como decorrência houve aumento das perdas na transformação (o rendimento da planta térmica na conversão para eletricidade é bastante inferior ao da usina hidroelétrica).

No período entre 1970 e 2004 ocorreram significa-tivas mudanças na matriz energética nacional. A mais acentuada foi a perda de participação da lenha que representava 46% do consumo final no país em 1970. De principal fonte energética utilizada, sua participa-ção passou a representar apenas 8% no ano de 2004.

A

42,40%57,60%

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

Renováveis Não Renováveis

8 Lima et al.: Sobre a Situação Energética Brasileira: De 1970 a 2030

Outros produtos, tais como bagaço de cana, derivados de petróleo e gás natural, por outro lado, apresentaram fortes crescimentos nas suas participações relativas. A Tabela 2 apresenta a evolução do consumo final por fonte entre os anos selecionados, anexada como Tabela 2 Suplementar.

Conforme pode ser observado, o consumo final no país passou de 62.106 ktep em 1970 para 191.128 ktep em 2004. Um aumento de 207,7% em 34 anos, representando um crescimento médio de 3,4% a.a.; e também pode ser observado, no caso dos derivados de petróleo, o consumo em 1970 era de 23.510 ktep, equivalente a cerca de 38% do consumo final. Ao longo do período, o consumo destes produtos aumentou aproximadamente 252%, chegando a 43% do consumo final em 2004. Este crescimento não foi uniforme ao longo do tempo. O principal fato para que isto ocorresse foi a crise de preços do petróleo no mercado internacional ao longo da década de 1970. Isto contribuiu para que o consumo apresentasse uma que-da acentuada após o final da referida década e o início dos anos 1980, pois o país era fortemente importador de petróleo. Em 1979, os derivados atingiram um pico de 53% de participação no consumo final no Brasil, apresentando um comportamento declinante até 1985, com 41%. A partir deste período, a participação voltou a crescer até o final da década de 1990 e, mais uma vez, apresentou queda na participação após esse período.

Analisando os derivados individualmente, é possível observar que os consumos finais de alguns efetivamente apresentam reduções ao longo do período analisado. É fato, por exemplo, que ainda em 2004 o consumo de óleo combustível encontra-se inferior ao valor observado em 1970. Nesse ano, o consumo desse energético foi equiva-lente a 6.600 ktep, representando 9% do consumo final do país. Em 2004 o consumo foi 3% inferior a este valor, cerca de 6.431 ktep, com uma participação de apenas 3%.

Já o consumo de gás natural no país foi muito re-duzido ao longo da década de 1970. Neste período, ainda, não havia importação de gás. Além disso, no caso brasileiro, o gás natural ocorre, principalmente, associado ao petróleo. A produção nacional deste ainda era pequena na época, contribuindo ainda mais para a baixa disponibilidade de gás. Além disso, em função de não existir uma demanda própria que viabilizasse a comercialização, parte do gás existente era injetada novamente nos poços ou queimado nas plataformas.

Conforme mostrado nas Figuras 2, 3, 4, 5 e 6 obser-va-se um primeiro aumento significativo do consumo a partir do início da década de 1980 e um segundo somente a partir do final dos anos 1990. O primeiro aumento ocorreu, principalmente, em função da descoberta e início de operação de algumas jazidas localizadas na Bacia de Campos, associado à produção de petróleo. O aumento do consumo de gás natural, em parte, ocorreu pelo incremento da produção nacional de petróleo, como gás associado. O segundo aumento, por sua vez, ocorreu somente no final dos anos 1990, mais especificamente

em 1999, com o início da primeira etapa da operação do gasoduto Brasil-Bolívia.

Neste contexto, em todo o período analisado, entre 1970 a 2004, o consumo final de gás natural cresceu expressivos 17.215%, ou seja, um crescimento médio de 16,4% a.a.. A magnitude destes números reflete principalmente os baixos valores no início do período analisado, pois em 1970 o consumo final deste energé-tico era de apenas 70 ktep. No ano de 2004, o consumo chegou a 12.185 ktep. Sua participação, de praticamente inexistente em 1970, passou a representar 6% do consu-mo final em 2004.

Algumas análises complementares comprovam que a hidroeletricidade ainda é a opção natural do Brasil mesmo diante de barreiras ambientais cada vez mais restritivas aos aproveitamentos dos potenciais hidráulicos. De fato, tem sido crescente a dificuldade de licenciamento am-biental para novos empreendimentos hidroelétricos. Tal fato tem sido acompanhado de uma expansão notável da geração termelétrica.

A geração de eletricidade a partir de usinas termelé-tricas, além de contribuir para mitigação dos riscos hidrológicos pela diversificação, conta também com a vantagem de localização próxima aos centros consu-midores, diminuindo a necessidade de investimentos em transmissão. Desta forma, em 2004, a capacidade instalada de termelétricas no país já se apresentava bem distribuída em todas as regiões.

2 A Evolução do Consumo Final no País

A estrutura de consumo de energia no país sofreu variações significativas entre 1970 e 2004. Os processos de industrialização e urbanização, os ciclos de crescimento e os períodos de estagnação econômica, e as facilidades de utilização que alguns energéticos apresentam em re-lação a outros, provocaram alterações no consumo e nas participações relativas dos energéticos no consumo final.

Analisando as estruturas de consumo nos anos de 1970 e 2004 como seções transversais no tempo, é possível identificar as principais alterações ocorridas. Conforme podemos observar em nossos estudos, em 1970, a lenha 46% do consumo final do país, sendo o principal energé-tico utilizado. A representativa parcela da população que residia no campo contribuía para este elevado consumo, assim como seu baixo rendimento no uso, demandando quantidades elevadas de energia final para o atendimento dos requisitos de energia útil.

A participação dos derivados de petróleo no ano já era elevada: 38%. Gasolina, óleo combustível e diesel eram os mais utilizados, com participações de 12%, 11% e 9%, respectivamente. Estes três, mais a lenha, represen-tavam aproximadamente 78% do consumo final do país. Os demais energéticos apresentavam utilização ainda reduzida. A energia elétrica e o bagaço, por exemplo, ainda participavam com apenas 5% do consumo cada.


A participação do gás liquefeito de petróleo, GLP, era ainda menor: cerca de 2% do consumo final.

Em vista do que pudemos conferir, em 2004, a lenha deixou de ser o energético mais utilizado para representar apenas 8% do consumo final. Os derivados de petróleo passaram a apresentar uma participação pouco superior, de 38% para 43%. O consumo de gás natural, de quase inexistente em 1970, atingiu uma participação de 6% em 2004. De forma equivalente, as participações da energia elétrica e do bagaço cresceram fortemente no período, atingindo 16% e 11%, respectivamente.

3 Capacidade Instalada

A capacidade instalada de geração de energia elétrica em centrais elétricas autoprodutoras, de acordo com site da ANEEL são empresas que produzem energia elétrica para seu uso exclusivo, atingiu os 6.630 MW em 2004, representando 7,3% da capacidade instalada de geração de energia elétrica do país. Destes, 5.200 MW são em centrais termoelétricas, equivalente a 23,9% da capaci-dade instalada de geração em centrais termoelétricas, e 1.430 MW em centrais hidroelétricas, equivalente a 2,3% da capacidade instalada de geração em centrais hidroelétricas.

Enquanto a capacidade instalada de geração de ener-gia elétrica total cresceu 4,7% entre 2003 e 2004, passando de 86,51 GW para 90,73 GW, a capacidade instalada de geração de energia elétrica em centrais elétricas auto-produtoras cresceu 6,5%, passando de 6,22 GW para 6,63 GW. A pesquisa mostra que a capacidade instalada em usinas hidroelétricas cresce a uma taxa quase que constante ao longo das últimas duas décadas. A partir do final da década de 1980, o aumento da capacidade instalada para geração termoelétrica convencional e nuclear refletem a diversificação da matriz energética brasileira.

Fazendo uma breve análise comparativa ao longo das três últimas décadas, antecedentes a 2003, permitindo uma visão ampla da evolução da matriz energética bra-sileira foi possível observar que nesse contexto ocorreu:

a) Um aumento de produção primária de energia, viabilizando o processo de retomada do crescimento econômico;

b) Uma redução do consumo de lenha, com a diver-sificação da matriz energética;

c) Um aumento do consumo do gás natural, seguindo uma tendência mundial de expansão desse energético;

d) Uma expansão do consumo da biomassa em todos os setores;

e) Um aumento do consumo de eletricidade e do consumo per capita, justificada pela universalização e pelo crescimento econômico;

f) Uma manutenção da predominância da geração hidroelétrica na capacidade instalada para geração de energia elétrica;

g) Uma expansão da capacidade instalada de termelé-trica, favorecendo a mitigação dos riscos hidrológicos;

h) Uma redução da dependência externa de energia, principalmente do petróleo;

Finalmente, observa-se que o Brasil segue a maio-ria das tendências mundiais na evolução da oferta e do consumo energético, sem deixar de valorizar suas potencialidades e suas vantagens comparativas, como acontece, por exemplo, com a utilização da biomassa, na qual o Brasil posiciona-se como referência mundial.

4 Energia Elétrica do Brasil no Período de 1980 até 2005

A produção primária de energia no período de 1980 a 2005, mostra dois períodos de forte crescimento: na pri-meira metade da década de 1980, resultante do processo de industrialização e a partir da segunda década de 1990, levando em consideração o fator do forte crescimento da produção de petróleo.

A análise da produção primária de energia recente tem chamado atenção para a evolução da autoprodução de energia elétrica.

O crescimento da autoprodução de energia elétrica nos dez anos entre 1994 e 2004 significou uma taxa mé-dia de crescimento de 13,1% a.a.. As fontes primárias utilizadas nas centrais elétricas de autoprodução que apresentaram maior crescimento no período destes 10 anos foram o gás natural, com taxa média de crescimento de 25,3% a.a., e a energia hidráulica, com taxa média de crescimento de 14,2% a.a.. Destacam-se ainda o cresci-mento da biomassa, em particular o bagaço de cana, e dos gases industriais.

Neste contexto econômico, a oferta interna de energia aumentou 5,7% em 2004, passando de 201,9 Mtep para 213,4 Mtep e, o consumo final de energia passou de 182,1 Mtep para 191,1 Mtep, o que representa um crescimento no ano de 4,9%.

Do lado do consumo, os derivados de petróleo apre-sentam maior crescimento nas últimas três décadas, intensificado dos anos 1980, como pode ser observado na Figura 2.

Figura 2 - Consumo final por fonte (103 tep).


Eletricidade e bagaço de cana também apresentaram crescimento ao longo de praticamente todo o período analisado, excetuando-se o período do racionamento de energia elétrica em 2001. O consumo de álcool embora em taxas mais modestas também apresenta crescimento.

A análise do consumo por fonte mostra que o consumo energético é dominado pelos derivados de petróleo. Os consumos de eletricidade e bagaço de cana tem apresen-tado um ligeiro aumento na sua participação. Observa-se ainda uma redução significativa no consumo de lenha até meados da década de 1990, e uma estabilização da participação da lenha de 1995 em diante.

Em 2004, o agregado derivados de petróleo apresentou um crescimento de apenas 2,3%, em boa parte devido a redução do consumo final de óleo combustível, de -11,0%, já que os consumos de gasolina, óleo diesel e querosene de aviação apresentaram, respectivamente, crescimentos de 3,7%, 6,2% e 7,4%. O consumo de eletricidade cresceu 5,1% no agregado, com destaque para o setor industrial. Os grandes destaques são o etanol e o gás natural que cresceram 11,6% e 21,5%, respectivamente, com expansão nos setores transporte e industrial.

Esse consumo concentra-se principalmente nos seto-res industrial e transportes que apresentam as maiores taxas de crescimento desde 1970.

O setor industrial em 2004 atinge 40% de participação do consumo total de energia no país. Em relação a 2003, o consumo de energia no setor industrial aumentou de 68,4 Mtep para 72,2 Mtep, representando um aumento de 5,3%, conforme pode ser visto na Figura 3.

Figura 3 - Evolução do consumo final de energia por setor.

O consumo de energia elétrica cresceu 7,1% neste setor no período, elevando sua participação no total do setor industrial de 20,2% para 20,5%. O consumo de carvão mineral do setor industrial representa 96% do consumo final desta fonte, e cresceu 4,6% em 2004, entretanto, sua participação caiu de 16,1% para 9% no total do setor.

O consumo pelo setor industrial de biomassa (que inclui lenha, lixívia, carvão vegetal, produtos da cana-de-açúcar (bagaço e álcool etílico), outros resíduos vegetais e outras fontes renováveis), cresceu 8,4% no ano 2004,

elevando sua participação de 37,9% para 38,9% do total do setor industrial.

A abertura dos setores industriais em 2004, destaca os principais setores energéticos no Brasil: ferro-gusa e aço, alimentos e bebidas, papel e celulose, química e não ferrosos. Analisando a evolução nos últimos 30 anos, observa-se que houve uma redução da participação dos setores de alimentos e bebidas, cimento e cerâmica no consumo energético do setor industrial. Em contra partida os setores de ferro-gusa e aço, mineração, pa-pel e celulose e não ferrosos e outros metais ganharam participação.

O setor de transportes, responsável por 29% do consumo é dominado pelo transporte rodoviário que representa 92% do consumo do setor de transportes.

Figura 4 - Evolução de consumo final energético por fonte (tep).

A Figura 4 apresenta a evolução do consumo final energético por fonte, realçando o forte crescimento nos consumos de óleo diesel e eletricidade nas três últimas décadas. Fica claro o processo de substituição da lenha que decresce de 1970 a 2000.

Observa-se também a recente substituição do óleo combustível por gás natural, responsável pelas maiores taxas de crescimento de 2002 a 2004.

Na análise do consumo de eletricidade, observa-se que houve queda na participação dos setores energéticos e transportes de 1970 a 2005. Em contrapartida o setor agropecuário aumenta sua participação a partir de 2000. Os setores públicos e comerciais mantêm sua participação praticamente estável no horizonte analisado.

O setor residencial que crescia sua participação de 1970 a 2000, sofreu os impactos do racionamento e apenas em 2004 recupera a participação da década de 1970. Com isso, o consumo de energia elétrica da classe residencial passou de 76,1 TWh em 2003 para 78,6 TWh em 2004, um crescimento de 3,2%, todos os fatores acima apresentados estão evidenciados na Tabela 3 Suplementar em anexo.

Estes resultados refletem a combinação de fatores como o processo de substituição do gás manufaturado


nas redes das concessionárias de distribuição canalizada e a expansão destas mesmas, alcançando consumidores antes atendidos pelo GLP.

Como resultado dos esforços de universalização do atendimento de energia elétrica, verifica-se no período entre 2000 e 2004, e no biênio 2003/2004, reduções no consumo de querosene pela classe residencial de -63,6% e 5,9%, respectivamente.

O consumo final dos derivados de petróleo vem per-dendo participação nos setores industrial e residencial, queda que vem sendo compensada pelo aumento da participação dos setores energético e agropecuário. O setor de transportes, responsável por metade do consu-mo dos derivados de petróleo mantém sua participação relativamente estável em 2004, tendo apresentado queda significativa a partir da década de 1980, em função do segundo choque do petróleo e do Proálcool, que deslocou parte do consumo de gasolina.

A intensidade energética refere-se ao montante de energia consumido em tep para gerar 1000 US$ de PIB. A Figura 5 demonstra a evolução da intensidade energé-tica no Brasil nas últimas três décadas para os principais setores energéticos.

Figura 5 - Intensidade energética dos setores transportes, metalúrgica e energética.

Na Figura 5, destaca-se o setor de transportes, o mais energético dentre os analisados no Balanço Energético Nacional (BEN) que apresenta uma trajetória crescente, em particular no início da década de 1990. A partir de meados de 1990 a intensidade energética do setor de transportes supera 2,5 tep/103 US$, chegando em 2004, com uma intensidade energética que ultrapassa 3,5 tep/103 US$.

O setor metalúrgico atinge a sua intensidade mais alta no final da década de 1990 e já aponta para uma tendência de estabilidade inferior a 1,4 tep/103 US$ em 2004. O mesmo acontece com o setor energético que estabiliza a partir de 2000 em torno de 0,35 tep/103 US$.

Alguns principais indicadores permitem analisar e calcular a evolução do setor energético, paralelamente

à evolução de indicadores socioeconômicos. O primei-ro desses indicadores é a oferta interna de energia/população.

Outro indicador que pode ser acompanhado é o consumo por habitante. A Figura 6 apresenta a evolução do consumo de eletricidade, total e consumo na cocção por habitante nas últimas três décadas.

Observa-se que o consumo de eletricidade per capita é crescente até 2001 quando houve o racionamento de energia elétrica. Passada a crise, o consumo volta a crescer em 2003. No entanto, em 2004 o consumo de 0,433 MWh/hab ainda é próximo ao consumo per capita verificado do ano de 1996 (0,428 MWh/hab).

A oferta interna de energia é definida como a quan-tidade de energia que se disponibiliza para ser trans-formada e/ou para consumo final. Expressa a energia antes dos processos de transformação e de distribuição

A oferta de energia per capita, representada uma tendência de crescimento suave chegando a 2004 com 1,175 tep/hab. A última queda observada nesse indicador foi de 1989 para 1990 quando a oferta interna de energia passou de 1,019 para 0,969. O patamar de 1989 somente foi recuperado em 1995.

Figura 6: Evolução do consumo per capta.

Por volta de 1970, devido às crises do petróleo, a busca de alternativas para a geração de energia era grande, o que levou a energia nuclear ser vista como uma alternativa promissora. Recendendo atenção de analistas e empreendedores, em pouco mais de duas décadas, a energia nuclear aumentou 17% na produção mundial de energia elétrica.

Considerando os avanços do setor nuclear, o governo brasileiro começou a elaborar, no fim da década de 1960, o Programa Nacional Brasileiro destinado a implantar no país produção de energia atômica. O Plano executado pela Nuclebras (empresa criada em 1974 voltada para esse fim),tinha como instalar oito usinas nucleares no país até 1990.

Angra I foi a primeira usina nuclear a entrar em fun-cionamento. Com potência de 625 MW, a usina começou a funcionar em 1981, mas foi paralisada em seguida por


problemas técnicos, voltou a funcionar apenas em 1983 e ainda assim sem operação permanente com capacidade total. De acordo com o Programa Nacional Brasileiro, as usinas Angra II e Angra III deveriam entrar em funcio-namento em 1983 e 1984, respectivamente, mas Angra II só entrou em operação em 2000 e Angra III ainda nem está em funcionamento.

O avanço da geração de energia elétrica provida do urânio, no Brasil, de 1990 até 2005 é notória, com des-taque em 2004 e em 2002.

De 1990 até 1999 obtinha-se 0,0% de produção, a partir daí a produção foi aumentando. Em 2000, tinha 0,1%, em 2001 produziu 0,4%, em 2002 obteve 1,9%, 2003 1,5%, em 2004 1,9% e por fim em 2005 houve uma queda para 0,7%.

A evolução da oferta interna de energia também teve números favoráveis, em 1990 obtinha-se 0,4% e em 2005 teve um aumento para 1,2%. Nesse período podemos destacar os anos de 2001, 2002, 2003, em que teve um percentual de 2,0%, 1,9% e 1,8%, respectivamente.

A oferta e a geração de energia nuclear no Brasil ainda é baixa se compararmos com a geração de energia por outras fontes, principalmente do petróleo e do álcool que deve ser bem estudado e trabalhado para que possamos mudar essa situação.

5 Projeções do Cenário Energético Brasileiro

Nas últimas décadas, o Brasil experimentou um processo de intensas mudanças em sua economia e na estrutura de sua produção de energia para poder suprir a demanda energética crescente.

Baseando-se nas projeções de crescimento dos pró-ximos anos tendo como base o ano de 2005 o Ministério de Minas e Energia (MME) criou e divulgou o Plano Nacional de Energia 2030, que fornece a formulação de estratégias para a ampliação da oferta de energia capaz de suprir a demanda até o ano de 2030.

Como tal trabalho refere-se a um processo de previsão do cenário brasileiro as diversas considerações utiliza-das levaram a criação de quatro diferentes perspectivas sobre a projeção do consumo final de energia. Portanto, o Plano Nacional de Energia leva em consideração não só o consumo de energia elétrica, já que o consumo final de energia leva em consideração toda energia que atende as necessidades da sociedade de um modo geral, tais como o transporte, a indústria e o comércio.

O Plano 2030 foi desenvolvido para quatro trajetórias distintas, apesar das diversas considerações avaliadas durante o processo de formulação, o plano avaliou prin-cipalmente as projeções sobre a economia, sendo que os cenários A, B1, B2 e C são associados ao crescimento de 5,1%, 4,1%, 3,2% e 2,2%, respectivamente do crescimento do PIB no período compreendido entre o ano de 2005 e 2030. Apesar da construção dos diversos cenários, o

cenário B1 foi priorizado para o estabelecimento das estratégias energéticas desenvolvidas pelo governo.

O cenário B1 prevê uma ampliação na diversificação da matriz energética no período de 2005/2030, ainda de acordo com as projeções deste cenário, ocorrerá uma redução significativa do uso do carvão vegetal e da lenha, de 13% para apenas 5,5%. Por outro lado, ocorreria um aumento da participação do gás natural, que passaria de 9,4% para 15,5%; e um crescimento no uso também de fontes energéticas procedentes da cana-de-açúcar, como por exemplo, o etanol e outras fontes renováveis tais como o biodiesel e o H-bio que passaria de uma participação de 16,7% para 27,6%. Sendo que este aumento significativo da participação de fontes renováveis decorreria da redução da participação do petróleo e seus derivados, principalmente no setor de transporte, de 38,7% para 28%.

Sabendo-se que uma das maiores preocupações no âmbito de suprir as necessidades energéticas está rela-cionada com a demanda de energia elétrica, o cenário base do Plano estima que em 2030 o consumo total de energia elétrica será da ordem de 1.083,4 TWh, desta forma fornece a formulação de estratégias para a am-pliação da oferta de energia capaz de suprir a demanda até o ano de 2030.

De acordo com as estratégias traçadas a hidroele-tricidade se manterá predominante até 2030 devido principalmente a competitividade econômica com as termoelétricas, sendo assim o Brasil que possui uma capacidade aproveitável de instalação de 174 GW deverá aproveitar até 2030 cerca de 94% do montante disponi-bilizado, ou seja, 164 GW. Porém, tal aproveitamento implica em enfrentar diversos desafios ambientais já que a maior parte dos recursos ainda disponíveis para o aproveitamento encontra-se na Amazônia legal.

Analisando a projeção da demanda de eletricidade notou-se a necessidade de ampliar a quantidade de usinas termoelétricas prioritariamente na base, a fim de complementar a geração de energia. A ênfase está

Figura 7 - Projeções do consumo final de energia por cenário realizada pelo MME.


voltada para o uso de carvão mineral, da energia nu-clear e da biomassa. Sendo assim, devido a ampliação o carvão mineral deve evoluir de 2% para 3% e a energia nuclear deve evoluir 3% para 5% na oferta de eletricidade entre 2005 e 2030. A biomassa também apresentará um aumento na participação na matriz energética já que se trata de uma excelente opção, pois é competitiva e ambientalmente viável.

Outras alternativas também se encontram na compo-sição das estratégias para a geração de energia elétrica nos próximos anos. A principal aposta do governo são as PCH’s, ou seja, as pequenas centrais hidroelétricas que possuem capacidade instalada superior a 1MW e inferior ou igual a 30 MW além de possuírem área menor que 13 Km².

Apesar dos estudos indicarem que o cenário B1 era o mais possível de ocorrer, nem este ou mesmo o cenário mais otimista (cenário A) projetado em 2005 foi capaz de prever um crescimento tão acelerado do consumo energético final no país. De acordo com Balanço Nacional Energético de 2013 a expectativa de consumo foi atingida e ultrapassada bem antes do que se esperava, em 2007 o consumo já tinha atingindo a marca de 215.197 ktep, ou seja, já havia ultrapassado a marca máxima prevista de aproximadamente 207,3 ktep no ano de 2010.

Nesse contexto, o MME está desenvolvendo um novo plano, o Plano Nacional de Energia 2050, que abordará de forma atualizada os desafios que o país terá que enfrentar para suprir a demanda crescente de energia. Segundo o secretário de Planejamento e Desenvolvimento do Ministério de Minas e Energia Altino Ventura Filho, o Brasil passará a ter as usinas nucleares, a carvão mineral e a gás natural na base para garantir o fornecimento de energia elétrica.

As usinas termoelétricas nas próximas décadas dei-xarão de apenas auxiliar e passarão a compor a base do fornecimento contínuo de energia elétrica, já que na próxima década as hidroelétricas terão seu potencial quase que completamente esgotado. As térmicas tam-bém serão auxiliadas pelas fontes renováveis, tais como, eólica, solar e biomassa.

Apesar do MME não ter se pronunciado a respeito da configuração da matriz energética que atende a demanda total de energia, ou seja, toda e qualquer forma de energia que atende as necessidades da sociedade é de se esperar que o petróleo e seus derivados continuem constituin-do uma das principais fontes de energia apesar de seu decaimento contínuo que dá espaço a fontes energéticas alternativas e renováveis como os biocombustíveis.

6 A Energia a Partir de 2005 até 2030

A demanda energética de um país está fortemente correlacionada com sua atividade econômica, ou seja, o Produto Interno Bruto. A medida dessa correlação é dada através da intensidade energética do país.

No caso específico do Brasil, a correlação entre con-sumo energético e crescimento econômico é de 0,82 de acordo com os dados entre 1970 e 2004 da análise energética do Ministério de Minas e Energia.

No período compreendido entre as últimas quatro décadas, o consumo final de energia no Brasil cresceu a razão de 3,0% ao ano e apresentou importantes alte-rações estruturais. No ano de 1970, a principal fonte energética era a lenha, representando 48% das neces-sidades brasileiras no uso final de energia. O petróleo, no mesmo ano, já representava 36% da demanda. Entre 1970 e 1990, o consumo de lenha reduziu para uma taxa de 2,9% ao ano. Com a crise energética dos anos 1970, o Brasil investiu nas fontes energéticas hidráulicas e de cana-de-açúcar, que tiveram um ritmo de crescimento de 6,6% ao ano, entre os anos de 1970 e 2005.

Atualmente, o petróleo predomina na matriz ener-gética com 41% de participação e a eletricidade é a se-gunda forma mais utilizada, com 19%. Com a inserção do etanol na matriz, através da adição à gasolina e mais recentemente com a popularização dos veículos flexfuel, a cana-de-açúcar representa 12% de participação na matriz energética nacional.

Devido o Brasil se encontrar em um período de de-senvolvimento econômico robusto, existe um processo de mudanças na sua estrutura econômica e de produção de energia. Em 2006, o país inverteu a balança de importação de petróleo e hoje tem a possibilidade de se tornar um grande produtor de petróleo e gás natural com atuação internacional. Segundo dados da Agência Nacional de Petróleo, de uma reserva nacional total aproximada de 16 bilhões de barris em 2005, onde 91,6% se localiza no mar (campos “off shore”), e o restante localizado em campos terrestres. Considera-se como reserva total o somatório de reservas provadas, prováveis e possíveis. Já em relação ao gás-natural, cerca de 75% das reservas brasileiras de gás natural se localiza em campos “off-shore” e 25% em campos terrestres (campos “on shore”).

Além de um enorme potencial na produção de com-bustíveis fósseis, o Brasil faz parte do grupo de países em que a produção de eletricidade é proveniente, na sua maior parte, de usinas hidroelétricas. Essas usinas correspondem a 75% da potência instalada no país e geraram, em 2005, 93% da energia elétrica requerida no Sistema Interligado Nacional – SNI, sendo que ainda há uma parcela significativa de potencial a ser aproveitado.

O Brasil também possui um grande potencial de exploração de urânio para utilização em novas usinas nucleares. No entanto, o processo é mais complexo devido às questões ambientais, altos custos de investimento e a importação de tecnologia, atrasando, dessa forma, a construção de novas usinas nucleares.

6.1 Petróleo

O país tornou-se auto-suficiente em petróleo e no final de 2007, as reservas provadas de petróleo no Brasil


estavam estimadas em 11,41 bilhões de barris. Sabendo que a taxa de crescimento das reservas brasileiras desde 1980 girou em torno de 9% ao ano, estima-se que a taxa de crescimento de reservas se manterá em 9% a partir de 2009 e à medida que as descobertas são realizadas, essa taxa decrescerá em 0,5% ao ano. Além da taxa de crescimento das reservas, também são contabilizadas as reservas especulativas F95, baseadas em um critério de probabilidade definido pela U.S. Geological Survey a qual segue a seguinte classificação:

a) Reservas F95: Probabilidade de 95% de exploração. No caso brasileiro, são as reservas decorrentes de com-promissos assumidos entre a ANP e o concessionário e de minuciosos projetos de produção.

b) Reservas F50: Probabilidade de 50% de confirmação da reservas, estimativas baseadas em estudos geológicos.

c) Reservas F5: Probabilidade de 5% de confirmação das reservas, com base em estudos geológicos e espe-culação.

Somente as reservas F95 como passíveis de exploração que somam 8.060 milhões de barris. Dada a complexidade de exploração e produção e os custos envolvidos, estima-se que tais reservas possam ser definidas como reservas provadas com início de utilização a partir de 2020, sendo 24% em 2020, 46% em 2025 e os 30% restantes em 2030. Ainda que a produção do petróleo seja decadente, os picos devem-se ao descobrimento de novas reservas F95 e ao desenvolvimento na tecnologia de refinaria.

6.2 Gás Natural

As perspectivas de oferta de gás natural no Brasil se concentram com grande potencial na bacia de Campos e na Bacia de Santos. A Petrobrás e seus parceiros, de acordo com seu plano diretor, prometem investir cerca de R$ 18 bilhões nos próximos 10 anos na exploração e produção na Bacia de Santos, que em curto prazo prevê um acréscimo de 12 milhões de m3/dia no fornecimento de gás natural até o final de 2008. Até o final de 2010, a projeção é de aumentar a produção acrescentando 30 milhões de m3/dia o que diminuirá a dependência do Brasil em gás importado.

O Plano de negócios Petrobrás 2007-2011 projeta que as reservas de gás natural de 2006 a 2030 terão um crescimento aproximadamente linear dado pela Tabela 1.

Tabela 1 - Projeção de reserva de gás natural.

Em relação ao consumo de gás natural no Brasil, esse tem crescido a uma taxa de 10,3% ao ano. A indústria e o

setor energético foram os maiores responsáveis por este crescimento. O setor de transportes também influenciou no aumento da demanda de gás natural. No ano de 2000, os transportes representavam 4% do consumo final de gás natural, já em 2005 esse valor era de 18%.

Levando em conta o cenário de crescimento do país, projeção de reservas e intenções de investimentos da produção de gás natural, estima-se que em 2030 a pro-dução pode chegar a 251,7 milhões de m3/dia com crescimento de 5% ano, enquanto que o consumo pode chegar a 4% ao ano.

6.3 Hidroelétricas

Percebe-se que, nas regiões mais desenvolvidas, boa parte do potencial hidráulico já foi aproveitada. No en-tanto, segundo o Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica 2006-2015, com o aproveitamento da bacia do Amazonas - nos locais onde acredita-se não possuir um impacto ambiental relevante - e das demais bacias, até um índice de 70%, será possível suprir a crescente demanda até 2015.

Em 2030, estima-se um consumo de energia elétrica entre 950 e 1.250 TWh/ano, sendo que o consumo atual situa-se em torno de 405 TWh. Essa diferença exigirá investimentos pesados na expansão da oferta de ener-gia elétrica. No caso deste fornecimento ser realizado por usinas hidroelétricas, mesmo com uma instalação adicional de 120 GW, o que eleva para 80% o uso do potencial, ainda assim poderia não ser suficiente para atender a demanda em 2030.

6.4 Energia Nuclear

Uma das restrições na produção nacional de urânio é a capacidade de processamento que será em 2010 de 60% da demanda total das Usinas Angra 1 e Angra 2. Com a entrada de Angra 3, prevista no plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica 2006-2015, a demanda de urânio aumentará em torno de 110%. Entretanto, mesmo com a expansão projetada das linhas de enri-quecimento, a capacidade total continuará atendendo somente a 60% da necessidade de urânio. Se for levado em conta um cenário para custo de exploração de urânio entre U$ 40/kg e U$ 80/kg tem-se um potencial de 17500 MW em usinas para geração nuclear e a instalação de até 17 unidades.

6.5 Outras Fontes de Energia

Muitas das energias alternativas são destinadas a pro-dução de energia elétrica. Existem muitos investimentos na área das energias renováveis devido a incentivos de governos além da preocupação com o meio ambiente.

A partir das Figuras 17 e 18, pode-se confirmar esse crescimento desses tipos de energia, que são as energias dos mares, a biomassa, a eólica, a solar entre outras,

Ano Reservas (bilhões de m³) 2005 306 2010 631 2020 1110 2030 1650


mas mesmo com esse crescimento essas energias não possuem grande expressão na matriz brasileira atual e na prevista para 2030.

Figura 8: Projeção de produção de demanda de energia elétrica para outras fontes em 1970 e 2000.

Figura 9: Projeção de produção de demanda de energia elétrica para outras fontes em 2030.

7 Conclusão

A matriz energética de um país é constantemente alterada de acordo com a necessidade e disponibilidade de recursos. Os contextos históricos, políticos e socioe-conômicos também são fatores que devem ser levados em conta ao se fazer um estudo, ou até mesmo uma previsão sobre cenários energéticos em geral.

Posto, as mudanças na matriz energética podem ser ampla e claramente perceptíveis no Brasil se considerar-mos as informações e acontecimentos provenientes de um determinado período histórico. O presente trabalho considerou dados da antiga matriz energética brasileira, a partir da década de 1980, pós crise do petróleo nos idos de 1970, e fez uma breve previsão, até o ano de 2030, sobre as principais fontes que deverão, ou pelo menos deveriam, compor o panorama energético nacional.

Assim, para realizarmos essa tarefa levamos em conta o potencial de geração, suas limitações, assim como sua disponibilidade. Por exemplo, no Brasil pôde-se perceber durante a década de 1970 o início de uma expressiva mudança em função do alto preço do petróleo. Esse fator contribuiu para um maior investimento em pesquisa visando novas alternativas.

Por fim, para que o país permaneça se desenvolvendo faz-se necessário que exista energia abundante disponível, a fim de suprir a demanda decorrente do crescimento. Nessa perspectiva, foi fundamental a formulação de um estudo que nos possibilitasse maior compreensão da futura configuração energética nacional. Nesse ponto, aparece o viés educacional deste trabalho. Entendemo-lo como um relatório de pesquisa para estudantes inte-ressados em adquirir uma visão geral, panorâmica da situação energética brasileira, a partir dos anos de 1970.

Agradecimentos



Agradecemos a Professora Socorro Lima Costa do Departamento de Ciências Biológicas por abraçar nosso projeto.

Agradecemos à FAPEMIG e ao CNPq, sem os quais esta pesquisa não poderia ser realizada.

Agradecemos ao Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da UFVJM e a Pró-reitoria de Pesquisa e Pós-graduação da UFVJM pelo apoio logístico e confiança.

Referências


ANÁLISE ENERGÉTICA E DADOS AGREGADOS. Disponível em: <file:///C:/Users/Henrique/Desktop/relatorio_pesquisa1.pdf>. Acesso em: 24 jun 2014.

CARLOS, L. Pensando gestão rural - e a situação energética no Brasil. Disponível em: <http://lacarlosrevisoradeportugues.blogspot.com.br/2013/08/pensando-gestao-rural-e-situacao.html>. Acesso em: 15 out 2014.

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA – PARTE 1. Plano Nacional de Energia – PNE 2030. Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2013.pdf> Acesso em: 01 jun 2014.

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA – PARTE 2. Plano Nacional de Energia – PNE 2030. Disponível em: < http://pt.slideshare.net/renataecleverlan/a-produo-mundial-de-energia-e-as-fontes-de-energia-no-brasil-parte-ii>. Acesso em: 04 jun 2014.

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Balanço energético Nacional 2013. Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2013.pdf> Acesso em: 01 jun 2014

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Plano Nacional de Energia – PNE 2030. Brasília. 2007. Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2013.pdf> Acesso em: 01 jun 2014.

TRACTEBEL ENERGIA. PNE 2050 será lançado ainda neste ano, diz MME. Disponível em: < http://www.tractebelenergia.com.br/wps/portal/internet/imprensa/noticias/conteudos/pne-2050-sera-lancado-ainda-neste-ano-diz-mme-101135>. Acesso em: 02 jul 2014.



Discorrendo Sobre o Uso das Termelétricas no Brasil

Considering on the Use of Thermal Power Plants in Brazil

Maria Thereza da Silva Lopes Lima1, Marina Corrêa de Souza1

1 Graduandas em Engenharia Química do Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.

Resumo

O mundo de hoje depende de uma quantidade abundante de energia. Daí, a necessidade de estarmos sempre criando novas formas de obtenção de energia para aumentar a produção industrial e, consequentemente, aumentar a riqueza de um país. Logo, o crescimento industrial está fortemente ligado à maneira de conseguir energia limpa e barata. No Brasil, utiliza-se preferencialmente a energia oriunda das hidrelétricas, mas nem sempre estas podem gerar a demanda energética necessária para suprir todas as nossas carências. Portanto, não podemos negar que as termelétricas possuem um papel respeitável na geração de energia, complementando a energia vinda das hidrelétricas, quando estas passam por momentos de baixa de produção, como em períodos de estiagens.

Palavras-chave: Crescimento socioeconômico, efeito estufa, energia elétrica, termelétricas.

Abstract

Today, the world depends on an abundant amount of energy. Hence, there is a need in creating new ways of obtaining energy to boost industrial production and thereby increase the wealth of a country. Therefore, industrial growth is strongly linked to way to get clean and cheap energy. In Brazil, preferentially uses the energy from the hydroelectric plants, but these may not always generate the energy required to supply all our needs. So, we can not deny that the thermal power plants have a respectable role in power generation, complementing the energy from the hydroelectric when they go through times of low production, as in periods of drought.

Keywords: Socioeconomic growth, greenhouse, electric power, thermal power plants.


1 Introdução

As frequentes mudanças da sociedade deman-dam uma dependência mais acentuada das fontes de energia para geração de eletricidade.

A sociedade brasileira, devido ao seu crescimento so-cioeconômico acelerado, também segue essa tendência. Dentre essas fontes, estão as renováveis, que possuem capacidade de regeneração em um determinado tempo, tornando-a inesgotável. Como exemplo, podemos citar: a biomassa, a solar, a eólica, a hidráulica, entre outras. Já as fontes não renováveis são caracterizadas a partir de seu tempo de uso, seja num maior ou menor prazo. Inevitavelmente, esse tempo de uso acaba levando essa fonte a um esgotamento. Como exemplo, podemos mencionar: o petróleo e seus derivados, o gás natural, o carvão mineral, o urânio, entre outros. A título de esclarecimento a tonelada equivalente de petróleo (tep) utilizado na tabela abaixo é uma unidade de energia usada para comparar o poder calorífico de inúmeras formas de energia com o poder calorífico do petróleo, especificamente. A relação encontrada é a seguinte: “Uma tep corresponde à energia que se pode obter a partir de uma tonelada de petróleo padrão”. (ANEEL, 2008, p. 143).

Tabela 1 - Oferta Interna de Energia no Brasil e Mundo (% em tep)

(Fonte: Ministério de Minas e Energia)

Segundo a publicação do Ministério de Minas e Energia (MME) intitulada “Resenha Energética Brasileira: Exercício 2013”, de junho de 2014, nos últimos 40 anos as matrizes energéticas do Brasil e do mundo apresentaram significativas alterações estruturais. No Brasil houve forte aumento na participação da energia hidráulica e do gás natural. (MME, 2014, p. 18).

Chama atenção na matriz mundial o aumento da participação do carvão mineral e o recuo na participação da biomassa/outras. No caso da biomassa, os países em desenvolvimento tendem a substituir lenha por fontes mais nobres e eficientes, como gás liquefeito de petró-leo (GLP) e gás natural, principalmente na cocção de alimentos. (MME, 2014, p. 18).

No Brasil, a máxima participação do petróleo e seus derivados na matriz energética ocorreu em 1979 quan-do atingiu 50,4%. A redução de 6,3 pontos percentuais entre 1973 e 2013, conforme Tabela 1, evidencia que o país, seguindo a tendência mundial, desenvolveu tam-bém um esforço significativo para a substituição desses energéticos fósseis. Esse esforço é digno de nota, pois, houve um aumento da geração hidráulica e do uso de derivados da cana como etanol carburante e bagaço, para fins térmicos. (MME, 2014, p. 18).

Vale ressaltar que devido ao aumento do preço do petróleo houve também um maior investimento em pesquisas nas áreas de biocombustíveis, visando subs-tituição de parte do seu uso.

Em termos de presença de fontes renováveis na matriz de energia, é notável a vantagem do Brasil em relação ao resto do mundo, registrando 41,0% de participação em 2013, contra 13,4% no mundo, no que diz respeito ao uso de fontes renováveis. (MME, 2014, p. 19).

Resumidamente, no Brasil, os combustíveis fósseis respondem por 57,7% da atual matriz energética e no mundo por 81,8%. (MME, 2014, p. 19).

Na sequência discorreremos brevemente sobre o crescimento energético brasileiro.

2 O Crescimento Energético Brasileiro

A crescente necessidade de uso da energia elétrica faz com que sejam intensificadas as buscas por produ-ções eficazes, como é mostrado pela Tabela 1, na qual houve crescimento dos setores de petróleo e derivados, gás natural, carvão mineral, urânio e hidráulica, conco-mitantemente com um recuo nos setores de biomassa, eólica, outros.

A razão de tal aumento deve-se a construções de grandes indústrias que utilizam grande quantidade de energia elétrica produzida pelo Brasil. Um fato in-teressante a ser observado é que só existem grandes indústrias perto de grandes centros distribuidores de energia, pois não pode haver indústria sem um polo de produção energética que viabilize sua implementação e principalmente seu funcionamento.

Segundo informações do site Portal Brasil, que se baseiam em fontes do Banco Central, atualmente no Brasil, pode-se constatar um crescimento socioeconô-mico acelerado, com previsão de crescimento do setor industrial no ano de 2014 subindo de 1,38% para 1,50%. Já para o ano de 2015, a previsão de avanço industrial foi mantida em 3,00%. (PORTAL BRASIL, 2014).

Fonte Brasil Mundo

1973 2013 1973 2013 Petróleo e

Derivados 45,6 39,3 46,1 29,3

Gás Natural 0,4 12,8 16 21,6 Carvão

Mineral 3,1 5,6 24,6 30,9

Urânio 0 1,3 0,9 4,8 Hidráulica e

Eletricidade 6,1 12,5 1,8 2,3

Biomassa / Eólica / Outras 44,8 28,5 10,6 11,1

Total (%) 100 100 100 100 Total -

milhões tep 82 296 6.115 134.482

19 Lima e Souza : Discorrendo Sobre o Uso das Termelétricas no Brasil?

Tais análises nos permitem inferir que existe a ne-cessidade de aumentar o fornecimento de energia elé-trica. Conforme dito anteriormente, as hidrelétricas são responsáveis pela maior parte da energia produzida no Brasil. Porém, nem sempre elas estão funcionando a 100% de sua capacidade devido a estiagens que estão se tornando cada vez mais comuns em nosso país. Ain-da, servindo como válvula de escape, as termelétricas assumem um papel importante na geração de energia quando as hidrelétricas estão comprometidas.

Entretanto, as termelétricas utilizam combustíveis fósseis, tais como carvão mineral, derivados do petróleo e gás natural que contribuem para o efeito estufa, pois depois de serem queimados, liberam dióxido de carbono para a atmosfera.

Precisamos agora definir e entender a dinâmica das usinas termelétricas a fim de averiguar se as mesmas são boas substitutas para usinas hidrelétricas.

3 As Usinas Termelétricas

Uma usina termelétrica é uma planta química que produz energia a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis ou por outras fontes de calor, como, por exemplo, a fissão nuclear. O combustível que será consumido seja o fóssil, seja o urânio, será armazenado em parques ou depósitos próximos às usinas. A fonte de calor oriunda da queima dos combustíveis é responsável pelo aquecimento de uma caldeira cheia d’água, geran-do vapor d’água em alta pressão. Consequentemente, o vapor sob alta pressão e temperatura, se expande e movimenta as pás da turbina do gerador, produzindo a energia elétrica final. Assim, essa energia é transportada por linhas de alta tensão até os centros de consumo.

Após o vapor d’água ter movimentado as turbinas, ele é enviado a um condensador para ser resfriado e, logo em seguida, transformado em água líquida para ser reenviado à caldeira, iniciando um novo ciclo. Esse vapor pode ser resfriado utilizando a água de um rio, um lago ou um mar, mas esse processo de resfriamento causa danos ecológicos devido ao aquecimento da água e, consequentemente, uma diminuição da concentração do oxigênio dissolvido. Outra maneira de resfriar esse vapor é utilizando água armazenada em torres. No final do processo, esta água é enviada em forma de vapor à atmosfera, podendo alterar o regime de chuvas.

Em comparação com as usinas hidrelétricas, as ter-melétricas são mais rápidas de se construir, e conforme Braciani, “[...] isso se deve as características técnicas e econômicas desse tipo de empreendimento, disponibi-lidade de combustíveis e o menor valor de implantação, [...]” (BRACIANI, 2011, p. 60). Podendo assim suprir carências de energia de forma mais rápida. Além dis-so, as termelétricas podem ser construídas próximas a centros urbanos, diminuindo as linhas de transmissões e desperdiçando menos energia.

No Brasil, utiliza-se a energia termelétrica de forma estratégica, pois esta pode ser produzida em uma quanti-dade constante durante o ano inteiro, diferentemente das hidrelétricas, as quais possuem a produção dependente do nível de rios. Mais especificamente, as termelétricas complementam a matriz energética das hidrelétricas, sendo acionadas predominantemente quando há ne-cessidade, como em períodos de estiagem.

Para minimizar os efeitos contaminantes da combustão sobre o entorno das termelétricas, sua central dispõe de uma chaminé de grande altura, algumas chegam a 300 metros, e de alguns precipitadores que retêm as cinzas e outros resíduos voláteis da combustão. Conforme o site Ambiente Brasil, as cinzas, algumas vezes, são recuperadas para o aproveitamento em processos de metalurgia e no campo da construção civil, nos quais são misturadas com o cimento. (AMBIENTE BRASIL).

Após a queima dos combustíveis fósseis, gases são soltos na atmosfera causando grandes impactos ambien-tais, contribuindo para o aquecimento global através do efeito estufa e de chuvas ácidas.

Mais uma desvantagem é o custo final deste tipo energia. Ele é mais elevado do que o custo da energia gerada em hidrelétricas, em função do preço dos com-bustíveis fósseis utilizados.

Outrossim, as usinas térmicas não são propriamente eficientes, apenas aproximadamente 38% da energia térmica colocada na usina pelo combustível torna-se aproveitável como a energia elétrica, segundo dados do site Ambiente Brasil. (AMBIENTE BRASIL).

4 Refletindo Sobre as Termelétricas

Indaga-se, portanto, o seguinte ponto: porque não utilizar outros combustíveis, como por exemplo, o ba-gaço da cana de açúcar ou urânio enriquecido para a geração dessa energia?

As razões são várias. A geração de eletricidade pela queima do bagaço de cana ainda geraria dióxido de carbono e sua eficiência comparada a dos combustíveis fósseis é inferior, isso porque de acordo com Innocente (2011, p.36), apenas as fibras presentes na composição da cana, de 8 a 14% (COPERSUCAR apud INNOCEN-TE, 2011, p.27), contribuem para a produção calorífica. Entretanto, o fator que mais colabora para a redução de eficiência de queima, quando comparada, por exemplo ao óleo combustível, é a sua umidade, próxima a 50% da constituição total, ainda segundo Innocente (2001, p. 43).

A outra opção seria a utilização do urânio, através da energia nuclear que infelizmente ainda é considerada um tabu na sociedade brasileira. Isso porque se trata de um assunto não conhecido em sua plenitude por grande parte da população. As pessoas a veem como uma for-ma de obtenção de energia perigosa graças à influência das mídias que a associam aos acidentes ocorridos pelo mundo. Podemos citar o acidente de Chernobyl em


1986; e, o de Fukushima em 2011. Ambos os acidentes não tiveram nada a ver com a manipulação da energia nuclear em si, mas foram causados por erros humanos, tsunamis e terremotos.

5 Sobre os Tipos de Combustíveis Utilizados em Termelétricas

5.1 Gás Natural

O gás natural é um dos combustíveis fosseis mais utilizados no Brasil. Com base nas informações do site Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE), sendo o gás natural uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, originados da decomposição de matéria or-gânica fossilizada ao longo de milhões de anos, possui elevado poder calorífico e, em sua queima, apresenta baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis. Em caso de vazamentos, tem rápida dispersão, com baixos índices de odor e de contaminantes. (CCEE).

O funcionamento de uma usina termelétrica que utiliza gás natural como combustível é explicado a seguir pela publicação da Agência Nacional de Ener-gia Elétrica (ANEEL), intitulada de “Atlas de Energia Elétrica do Brasil”

“A aplicação do gás natural na produção de energia elétrica pode ser dividida em duas modalidades. Uma delas é a geração exclusiva da eletricidade. Outra é a cogeração, da qual se extrai também o calor e o vapor utilizados em processos industriais. Nas usinas termelétricas, a primeira etapa do processo consiste na mistura de ar comprimido com o gás natural a fim de se obter a combustão. O resultado é a emissão de gases em alta temperatura, que provocam o movimento das turbinas conectadas aos geradores de eletricidade. Portanto, a energia térmica transforma-se em mecânica e, em seguida, em elétrica. O destino dado ao gás natural após esta aplicação determina se o ciclo da termelétrica será simples ou aberto, combinado ou fechado. No primeiro caso, o mais tradicional, os gases são resfriados e liberados na atmosfera por meio de uma chaminé. No ciclo combinado, ainda em alta temperatura, os gases são transformados em vapor que direcionado às turbinas, novamente provoca o seu movimento. Assim, a característica básica das termelétricas de ciclo combinado é a operação conjunta de turbinas movidas a gás e a vapor.” (ANEEL, 2008, p. 94).

Em consonância com o site da CCEE, o desenvolvi-mento deste tipo de geração é relativamente recente, data do início da década de 1940. O uso dessa tecnolo-gia foi ampliado somente na última década do século passado. (CCEE).

No Brasil, a matriz da energia elétrica é predomi-nantemente hidráulica e esta característica não deverá

se alterar a médio prazo. No entanto, de acordo com o Plano Nacional de Energia 2030 produzido pela Em-presa de Pesquisa Energética (EPE), a participação das termelétricas movidas a gás natural deveria aumentar, a curto e médio prazo, mas não é bem assim. Essas usinas operariam de maneira complementar às hidrelétricas. Em outras palavras, seriam colocadas em operação em momentos de acentuado aumento de demanda ou re-dução da oferta hidráulica, por exemplo, nos períodos de estiagem, onde seria necessário preservar os reser-vatórios. (EPE apud ANEEL, 2008, p. 101).

Entre as vantagens adicionais da geração termelétrica a gás natural estariam o prazo relativamente curto de maturação do empreendimento e a flexibilidade para o atendimento de cargas de ponta. (ANEEL, 2002, p. 91).

5.2 Petróleo e Derivados

Outro combustível muito utilizado é o petróleo, uma mistura de hidrocarbonetos que tem origem na decomposição de matéria orgânica, principalmente o plâncton que são plantas e animais microscópicos em suspensão nas águas, causada pela ação de bactérias em meios com baixo teor de oxigênio, no entendimento do site da CCEE. (CCEE).

Embora conhecido desde os primórdios da civilização humana, somente em meados do século XIX tiveram início a exploração de campos e a perfuração de poços de petróleo. A partir de então, a indústria petrolífera teve uma grande expansão. Apesar da forte concorrência do carvão e de outros combustíveis considerados nobres para a época, o petróleo passou a ser utilizado em larga escala, especialmente após a invenção dos motores a gasolina e a óleo diesel. (ANEEL, 2002, p. 75).

Durante muitas décadas, o petróleo foi o grande propulsor da economia mundial, chegando a represen-tar, no início dos anos 1970, quase 50% do consumo de energia primária em todo o mundo. (ANEEL, 2002, p. 75). Embora o petróleo esteja em declínio, sua participação nesse consumo ainda representa cerca de 43%, segundo dados da Agência Internacional de Energia, de 2003.

A participação do petróleo na produção mundial de energia elétrica é pouco expressiva e tem recuado nos últimos anos, em decorrência dos investimentos realizados na utilização de outras fontes, menos agressivas ao meio ambiente e com preços menores e mais estáveis. Os derivados mais utili-zados são óleo diesel, óleo combustível, gás de refinaria e, com menor frequência, o óleo ultraviscoso, cuja combustão produz o vapor necessário à movimentação das turbinas. (ANEEL, 2008, p. 113).

No Brasil, as termelétricas movidas a derivados de petróleo, nas palavras do Atlas da ANEEL, “apresentam maior valor agregado se utilizados em transportes ou geração distribuída”. (ANEEL, 2008, p.113). Por isso, sua participação na matriz da energia elétrica é pequena.


“As usinas abastecidas por óleo diesel estão instaladas principalmente na região Norte para atender os Sistemas Isolados que ainda não são conectados ao Sistema Interligado Nacional (SIN), rede composta por linhas de transmissão e usinas que operam de forma integrada e abrangem a maior parte do território do país. Os maiores são Acre-Rondônia, Manaus e Macapá. No médio prazo, eles serão conectados ao SIN por meio da construção de linhas de transmissão. Conse-quentemente, essas termelétricas poderão vir a ser desativadas, principalmente as de menor porte ou de baixa eficiência. Os custos do óleo utilizado são repassados a todos os consumido-res de energia elétrica do país por meio do encargo Conta de Consumo de Combustíveis (CCC) embutido na tarifa final. A maior parte das demais usinas opera com óleo combustível ou gás de refinaria e está distribuída por todo o território nacional, com ênfase para a região Sudeste. Todas são complementares ao sistema hidrelétrico.” (ANEEL, 2008, p. 113).

5.3 Carvão Mineral

Na ideia contida no site da CCEE, o carvão, a exemplo do que ocorre com os demais combustíveis fósseis, é uma complexa e variada mistura de componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos. (CCEE). Nas palavras do Atlas da ANEEL, sua qualidade, deter-minada pelo conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes orgânicos, a saber: a) a turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%; b) o linhito apresenta um índice que varia de 60% a 75%; c) o carvão betuminoso ou hulha, mais utilizado como combustível, contém cerca de 75% a 85% de carbono é um dos mais puros carvões; e; d) o antracito apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%. Da mesma forma, os depósitos variam de camadas relativamente simples e próximas da superfície do solo e, portanto, de fácil extração e baixo custo, a complexas e profundas camadas, de difícil extração e custos elevados. (ANEEL, 2002, p. 81).

Dadas as informações retiradas do site da CCEE, o aproveitamento do carvão mineral para a geração de energia elétrica no Brasil teve início nos anos 1950. (CCEE). Nas palavras do Atlas da ANEEL:

“O carvão é uma das formas de produção de ener-gia mais agressivas ao meio ambiente. Ainda que sua extração e posterior utilização na produção de energia gerem benefícios econômicos, como empregos diretos e indiretos, aumento da demanda por bens e serviços na região e aumento da arrecadação tributária, o processo de produção, da extração até a combustão provoca sig-nificativos impactos socioambientais. (ANEEL, 2008, p. 140).”

5.4 Termonuclear

A termonuclear ou usina nuclear é uma instalação industrial que tem por finalidade produzir energia elé-

trica a partir de reações nucleares. Existem duas formas de aproveitar a energia pro-

veniente de reações nucleares para a produção de ele-tricidade, a saber: a fissão nuclear, na qual o núcleo atômico se divide em duas ou mais partículas; e a fusão nuclear, na qual dois ou mais núcleos se unem para produzir um novo elemento, segundo dados do site da Eletrobras. (ELETROBRAS). Ambas as reações nucleares mencionadas produzem uma grande quantidade de energia térmica.

A tecnologia disponível atualmente é a fissão do átomo de urânio, sendo a principal técnica empregada para a geração de eletricidade em usinas nucleares. Ainda segundo informações do site da Eletrobras, a tecnologia é usada em mais de 400 centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Sul, Paquistão e Índia, entre outros. (ELETROBRAS).

O funcionamento de uma termonuclear é bastante semelhante ao funcionamento de usinas termelétricas. A fissão dos átomos de urânio dentro das varetas do elemento combustível aquece a água a 320ºC que passa pelo reator. Para que a água não entre em ebulição, o que ocorreria normalmente aos 100ºC, ela é mantida sob uma pressão 157 vezes maior que a pressão atmosférica. O gerador de vapor realiza uma troca de calor entre as águas deste primeiro circuito e a do circuito secundá-rio, independentes entre si. Com essa troca de calor, a água do circuito secundário se transforma em vapor e movimenta a turbina a uma velocidade de 1.800 rpm que, por sua vez, aciona o gerador elétrico.

Esse vapor, depois de mover a turbina, passa por um condensador, onde é refrigerado pela água de um reser-vatório, trazido por um terceiro circuito independente, segundo informações fornecidas pelo site da Eletrobras. (ELETROBRAS). A existência desses três circuitos impede o contato da água que passa pelo reator com as demais, evitando assim a contaminação com a radioatividade liberada pela fissão do urânio.

No entendimento da Eletrobras, a maior vantagem ambiental da geração elétrica através de usinas nucleares é a não utilização de combustíveis fósseis, evitando o lançamento na atmosfera dos gases responsáveis pelo aumento do aquecimento global e outros produtos tóxicos. Outro benefício é o fato de as usinas nucleares ocuparem áreas relativamente pequenas, podendo ser instaladas próximas aos centros consumidores e não dependem de fatores climáticos, como chuva ou vento para o seu funcionamento. (ELETROBRAS).

Segundo a publicação do Ministério de Minas e Energia descrito em o “Plano Nacional de Energia 2030: Geração Termonuclear”:

“As duas maiores preocupações de caráter socioambiental com a operação de usinas nucleares são o risco de um aci-dente nos moldes de Chernobil e a disposição dos dejetos


nucleares. Por outro lado, vem crescendo a preocupação com o aumento do efeito estufa e as mudanças climáticas, o que aumenta o interesse pelas usinas nucleares, além de não emitir CO2. [...] Os acidentes ocorridos em Three Miles Island e Chernobil provocaram uma revisão nos procedimentos operacionais e de segurança. As técnicas de segurança passiva, pelas quais, em falha, o sistema vai para uma situação segura, também contribuem para mini-mizar o risco de catástrofe, embora não o afaste.” (MME, 2006-2007, p.71).

O problema mais grave da utilização de usinas nu-cleares é o destino do chamado lixo atômico separado segundo a sua atividade radioativa: alta, média ou baixa. Sendo que o maior problema é a duração desta atividade que se prolonga por milhares de anos, deixando para as gerações futuras o gerenciamento do problema. (MME, 2006-2007, p.72).

A entrada em vigor do Protocolo de Kioto (PNUD, 2005), ainda que com aprovação de países responsáveis por apenas 62% das emissões, traz novo alento à geração de eletricidade por fissão nuclear, não emissora de gases de efeito estufa. (MME, 2006-2007, p.71).

6 Conclusão

Retomando nosso objetivo, a crescente necessidade e uso da energia elétrica faz com que sejam intensifica-das as buscas por outras produções eficazes. De modo geral, almejamos que essas novas produções possam englobar abundância e continuidade, além da máxima redução de danos, sejam eles ambientais e/ou sociais. A escassez de chuvas, a poluição proporcionada pela queima de combustíveis fósseis e a dependência do Brasil em importar parte desse combustível são as principais razões de se pensar em uma solução capaz de produzir quantidades equivalentes de energia. Essa nova energia não deveria depender do clima que vem apresentando inconstâncias, nem dos preços externos para obtenção do combustível utilizado, além de não ser prejudicial ao meio ambiente e à população.

Em um país previamente conhecido como um grande detentor de fontes hidráulicas para produção de energia elétrica, cremos haver um grande campo para a utilização de fontes termelétricas, conforme a seguinte assertiva:

“Em um sistema elétrico de base hidráulica, a flexibilidade de aquisição e uso do combustível térmico é uma carac-terística desejável do regime operativo das termelétricas. Além disso, quanto mais flexível for esse regime operativo, maior tende a ser a competitividade da geração termelétrica, pela apropriação possível do “excedente” hidráulico em períodos de hidrologia favorável.” (MME, 2006-2007, p.68).

Em suma, a lógica econômica impõe que essas usi-nas devam permanecer praticamente desligadas nos

períodos de abundância hidrológica, gerando energia elétrica apenas nos períodos em que as afluências e o estoque de água dos reservatórios são insuficientes para o atendimento da carga. Esse regime operacional é denominado complementar. (MME, 2006-2007, p.68).

A análise que pode ser feita pela leitura do texto acima revela que quanto mais rentável for a forma de obtenção de energia, maior a chance de ser aceita e utilizada. Na verdade, o que conta é a tecnologia vigente em cada projeto. Logo, a tecnologia mais avançada acarretará um maior encargo ao preço final da energia utilizada.

Porém, de acordo com Braciani, considerando os custos, tais como: combustível, operação, manutenção e emissão de poluentes, o custo total da usina termelé-trica, no decorrente de sua produção será muito mais onerosa quando comparada a uma hidrelétrica. Cabe ressaltar que os custos de cada empreendimento estão diretamente conectados às alternativas tecnológicas. (BRACIANI, 2011, p. 61).

Nas palavras de Boarati; Shayani, o grau de compe-titividade das termelétricas é um fator importante para contrabalançar o atraso dos investimentos em geração elétrica. O sistema está com riscos de déficit de energia, devido aos baixos índices pluviométricos nas principais regiões que possuem hidrelétricas, juntamente com o retardo em novos investimentos. Outros fatores impor-tantes e que também contribuíram foram o crescimento da economia e o aumento de consumo. Em função disso, ações a curto prazo devem ser tomadas sem demora. Como o tempo de construção de uma termelétrica é inferior ao de uma hidrelétrica, esta opção torna-se muito mais do que atrativa: ela é fundamental para não comprometer a confiabilidade do fornecimento. O gás natural é o combustível mais amplamente utilizado por estas usinas, as quais irão explorar o gasoduto Brasil-Bo-lívia o máximo possível. (BOARATI; SHAYANI, 1998, p. 53). Para Luiz Pinguelli Rosa:

“A existência de um problema foi reconhecida quando a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) retirou várias termelétricas do plano de operação por não disporem de gás para operar, segundo a Petrobras. [...] A resolução da Aneel revelou que o risco de déficit de energia é bem maior do que se calculava. Houve uma polêmica com o Ministério de Minas e Energia e determinou-se que as termelétricas operassem por tempo limitado em teste. O resultado do teste foi pior que o esperado. Pediu-se à Petrobras para remanejar o gás de outros usuários. [...] Há o problema dos contratos usuais, nos quais se paga pelo uso de gás sem interrupção. Antes mesmo da crise da Bolívia, a Petrobras estudava a importação de gás natural liquefeito por na-vios que pode ser interrompida conforme a necessidade. O problema é que leva tempo para implantar uma usina de regaseificação. Pensa-se em adaptar termelétricas para serem bicombustíveis, podendo usar diesel ou outros com-bustíveis no lugar de gás. Mas eles são muito mais caros. [...] A alta do preço internacional do petróleo repercute no


gás natural e, portanto, na geração elétrica - embora hoje, a participação do petróleo na economia mundial seja me-nor do que nos tempos dos choques dos anos de 1970. Em âmbito mundial, essa participação nos custos dos produtos em geral é a metade do que era naquele tempo.”(ROSA, L. P., 2011, p. 43-44).

Diante desses fatos, o ponto de partida mais coerente para a execução de projetos de usinas termelétricas é a definição do tipo de combustível, desde a sua dispo-nibilidade até a viabilidade econômica, passando pelo estudo das características físicas e químicas. Fazendo um estudo completo do projeto, tem-se a chance de reduzir gastos e tornar a termelétrica uma forma de obtenção de energia, não mais apenas como uma complementar da matriz energética.

Finalizando, para obtermos uma visão panorâmica da situação atual, apresentamos em anexo, um quadro comparativo entre os tipos de termelétricas mencionados ao longo do presente artigo. Nosso objetivo é tão somente clarificar as características dos tipos de termelétricas selecionados. (Ver arquivo suplementar).

Agradecimentos






Referências

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Um Breve Estudo Comparativo Entre as Energias Eólica e Nuclear

A Brief Comparative Study of the Wind and Nuclear Energy

Tarcísio Santos Flores1

1 Graduando em Engenharia Química do Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.

Resumo

Trata-se de um estudo breve da É perceptível a necessidade do ser humano de utilizar a energia elétrica no mundo globalizado atual. E junto com a evolução social e industrial e além do conforto diário, veio o uso abusivo de energia. Sabendo que o Brasil utiliza-se como fonte energética originárias das hidrelétricas e que a mesma não comporta toda a demanda nacional, devem-se estudar fontes de energias que possam auxiliar a mesma. Duas alternativas energéticas limpas e baratas que podem contribuir para redução aos impactos ambientais, como efeito estufa e escassez de água são as energias eólica e nuclear. Que por sua vez, apresentam características ideais para servir como fontes alternativas para produção de energia elétrica, principalmente em época de estiagem.

Palavras-chave: Energia Eólica, Energia Nuclear, comparativo.

Abstract

It is apparent the human need to use electricity in the current globalized world. And along with the social and industrial and beyond the everyday comfort evolution came the abuse of power. Aware that Brazil is used as an energy source originating from hydroelectric and that it does not include all domestic demand, should be studied energy sources that can assist it. Two clean and cheap energy alternatives which can contribute to reducing the environmental impacts such as global warming and water shortages are wind and nuclear energy. Which again, exhibit ideal characteristics to serve as alternative sources for electricity production, mainly in the dry season.

Keywords: Wind Energy, Nuclear Energy, comparative.


1 Introdução

S egundo Bermann (2008) e Maluf e Rosa (2011), no decorrer da história da humanidade percebemos a evolução do homem. Com ela, vem a necessidade

de buscar fontes de energias para suprir sua existência.No período pré-industrial, a fonte de energia básica

da sociedade era a muscular. Portanto, as máquinas eram movidas pelo homem e pelos animais, pois ambas são convertidas em energia mecânica que geralmente eram utilizadas na moagem de grãos e para o bombeamento de água. (BERMANN, 2008)

Já no período industrial, há um surgimento de no-vas formas de obtenção de energia, provenientes da necessidade de suprir um maior consumo, devido ao funcionamento das máquinas elétricas. Uma das fontes de energia básicas da era industrial foi obtida através do carvão mineral, pois, quando queimado, apresenta-va uma capacidade de liberar uma grande quantidade de calor e com isso, aqueceria a água formando vapor d’água, responsável pela movimentação das máquinas a vapor, utilizadas na produção e transporte de diversos materiais. (BERMANN, 2008)

Posteriormente, o petróleo passou a ser a fonte prin-cipal de energia, devido à capacidade de mover às má-quinas através de motores a combustão interna. Assim, foi através do petróleo que surgiram as primeiras usinas elétricas, pois, quando este combustível é queimado, acontece à transformação do calor em eletricidade. Estas usinas denominadas termelétricas, no século XX, foram vistas como uma forma de utilização de energia pela sociedade e pela produção industrial (SILVA et al.,2003) Juntamente com as usinas termelétricas, surgem as usi-nas hidrelétricas, que através da força da água geram eletricidade. Com o aumento do custo do petróleo, há uma necessidade de buscar novas fontes de energias, despertando um interesse de encontrar alguma fonte energética alternativa para suprir as necessidades e substituir as existentes.

Um dos fatores considerado de extrema importância e ao mesmo tempo de preocupação no âmbito mundial é a matriz energética atual. A mesma abrange interesses políticos, ambientais, econômicos e sociais. Isso, devido à ligação direta entre a demanda energética mundial com o excesso de utilização de energia, devido à melhoria na qualidade de vida no mundo globalizado (MALU-F;ROSA, 2011).

Com o surgimento da evolução tecnológica, o homem necessita de um consumo maior de energia. É de extre-ma importância elaborar um planejamento estratégico energético para suprir de forma segura a disponibilidade de energia necessária para o desenvolvimento social e econômico de um país, levando em consideração a minimização de impactos causados ao ambiente, para assim, atender o aumento do consumo de energia. (BERMANN, 2008)

De acordo com os fatores discutidos até agora, é

notória a necessidade de buscar novas alternativas para tentar mudar a matriz energética mundial. Uma proposta é a utilização de fontes energéticas consideradas “lim-pas” que são as que menos contribuem para emissão de gases que compõem o efeito estufa. A energia mecânica contida no vento, denominada energia eólica e a energia liberada numa reação nuclear, energia nuclear, são dois exemplos de fontes energéticas que não emitem substân-cias poluentes para o meio ambiente e serão discutidas no presente artigo. (BERMANN, 2008)

O objetivo deste artigo é mostrar as vantagens e des-vantagens do uso dessas duas formas de energia, visto que ambas compõe o parque energético brasileiro, de forma minoritária por que devemos ou não, investir em uma delas ou em ambas?

2 A História da Energia Eólica

No final do século XIX, teve início as primeiras ten-tativas de produção de energia elétrica a partir da ener-gia eólica. Este fato foi decorrente dos efeitos da crise internacional do petróleo que ocorreu em meados da década de 1970.

A energia eólica pode ser denominada como a energia cinética contida no vento, ou seja, massas de ar em mo-vimento. Ela pode estar disponível em todos os lugares, com uma maior eficiência em regiões que apresentam maior intensidade de ventos. Seu aproveitamento está ligado à conversão da energia em movimento de trans-lação em rotação, juntamente ao emprego de turbinas eólicas, voltado para a geração de eletricidade, além dos cataventos que são utilizados para trabalhos mecânicos.

Com o aumento da discussão a respeito do aque-cimento global, houve um aumento do interesse e de investimentos satisfatórios para viabilizar o desenvolvi-mento e aplicação de equipamentos em escala comercial.

Segundo dados do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica (CRESESB), desde a década de 1990 que a energia eólica vem apresentando um crescimento no cenário energético mundial. É estimado para as próximas décadas um crescimento ainda mais significativo. Isso se deve a apresentação de alguns quesitos favoráveis a obtenção de energia, como segurança no fornecimento energético, baixo custo de produção e pequeno impacto ambiental (MARTINS et al., 2008).

Na Dinamarca, em 1976, foi instalada a primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública. Hoje em dia já existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo. A Associação Européia de Energia Eólica (EWEA) estimou que a Europa apresentasse uma instalação de 4.000 MW de energia eólica até o ano 2000 e até o ano de 2005, chegasse a 11.500 MW. Essas e outras metas foram cumpridas muito antes do esperado (4.000 MW em 1996, 11.500 MW em 2001). A estimativa atual passou a ser de 40.000 MW na Europa até 2010. Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da ordem

26 FLORES: Um Breve Estudo Comparativo Entre as Energias Eólica e Nuclear

de 4.600 MW instalados e com um crescimento anual em torno de 10%. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW (WINDPOWER et al., 2003; WIND FORCE, 2003).

O formato das turbinas eólicas desde as primeiras inventadas já foi discutido e aperfeiçoado diversas ve-zes até chegar num formato e designer ideal. Hoje, esse formato é estabelecido e dividido em três partes básicas, a saber: a torre, o nacele e o rotor/pás.

A energia gerada em cada turbina eólica é direcio-nada a um transformador que se encontra geralmente presente no nacele, fazendo com que aumente a voltagem da energia elétrica produzida até os níveis favoráveis para um sistema coletor energético, levando eletricidade gerada pelo conjunto de turbinas disponíveis no parque eólico até a subestação (SALINO, 2011).

Para uma implantação de projeto de um parque eólico é necessário um estudo da questão ambiental, social e de zoneamento da região de interesse. Após o realização do estudo de caso é indispensável à licença exigida pelos órgãos competentes para assim iniciar a implantação e operação.

As condições climáticas e topográficas do local de implantação de uma usina eólica interferem diretamen-te na quantidade de energia contida no vento. Nela, o deslocamento do ar, pode ser causado de acordo com a diferença de temperatura e os diversos tipos de solos e terrenos.

As turbinas eólicas podem ser operadas em variações consideráveis de velocidades do vento, aproximada-mente de 4m/s até 25m/s, podendo assim ser instaladas e operadas de forma eficiente em locais e condições climáticas distintas, variando desde desertos a zonas árticas (GWEC, 2008).

Os países que lideram o setor de geração eólica, com suas experiências, exibem um rápido desenvolvimento da tecnologia e do mercado. Isso apresenta grandes implicações socioeconômicas. Hoje em dia, diversos estudos indicam a geração de emprego e o domínio da tecnologia como fatores tão importantes quanto à preservação ambiental e a segurança energética dos países da comunidade europeia para a continuidade dos investimentos no aproveitamento da energia eólica (RENEW e SZARKA, 2006).

Existem diversos fatores que influenciam na alteração do custo e da produtividade de uma usina eólica. Estes estão ligados ao desenvolvimento do projeto básico e executivo da mesma. Devido à energia gerada por uma turbina ser uma função do cubo da velocidade média do vento, qualquer que seja a diferença na velocidade pode ser que afete a produtividade e custo da energia proveniente das usinas. Outro parâmetro a se analisar é a escolha do tipo de turbina e fabricante que será in-troduzida na usina devido a algumas máquinas serem projetadas para operar de forma mais eficiente em menor velocidade de vento, enquanto que outras são destinadas

a regimes de ventos mais fortes.

3 A História da Energia Nuclear

Outra fonte alternativa que vem se destacando no mercado é a energia nuclear, proveniente da energia contida no núcleo de átomos de materiais pesados, geralmente utiliza-se o urânio.

No fim do século XIX, descobriu-se a radioatividade. Durante muito tempo ela era vista apenas como objeto acadêmico, até que fosse levantada a possiblidade de aproveita-la. Assim, a energia proveniente de uma fissão dos átomos, inicialmente foi utilizada na confecção de bombas e também geradores de energia.

Na fissão nuclear, acontece à liberação da energia pela divisão do núcleo do átomo. Nela, são encontrados frequentemente em dois pedaços menores, de massas equivalentes para núcleos pesados. Existe também a fissão em mais de dois pedaços, mas, isso é muito raro. O somatório das energias dos núcleos originados, so-mados a energia consumida pelo ambiente presente na forma de energia cinética dos produtos de fissão e dos nêutrons liberados devem ser equivalentes à energia total do núcleo original, devido ao princípio da lei de conservação de energia.

A indução do bombeamento de núcleos pesados com um nêutron faz com que a fissão do núcleo seja mais efetiva. Devido à absorção do nêutron, o núcleo fica mais instável. Isso acontece devido raramente ocorrer fissão nuclear de forma espontânea na natureza.

O primeiro reator nuclear, utilizado para produção de energia foi construído em 1942. Isso ocorreu porque Einstein chamou a atenção do governo dos Estados Unidos para a possiblidade da produção de energia através da fissão dos átomos (CNEN, 2010).

No período da Segunda Guerra Mundial, bombas nucleares foram usadas pela primeira e única vez em guerras. Foi através do bombardeio americano que atingiu Hiroxima e Nagasaki que foi possível perceber o poder devastador dessa tecnologia. Mesmo com esses fatores desmotivadores, a produção de eletricidade via nuclear apresenta inúmeras vantagens, fazendo com que permaneça o uso da energia nuclear para esse fim. Hoje, a energia nuclear vem sendo representada como uma opção de desenvolvimento, devido a mesma ser considerada como uma fonte de energia limpa, pois seu uso proporciona uma baixa emissão do gás carbônico (CO2), o contribuinte do efeito estufa que contribui para o aquecimento global.

O Urânio-235 (235U) é um exemplo de material a ser bombardeado com um nêutron para produzir energia, ou utilizado para fabricação de uma bomba nuclear. O mesmo ao ser bombardeado com um nêutron fissiona em dois pedaços menores, emitindo assim geralmente dois nêutrons (GONÇALVES; ALMEIDA, 2005).

Controlando-se o número de nêutrons produzidos e


a quantidade de 235U, pode-se controlar a taxa de fissão ao longo do tempo, este tipo de reação é utilizado em um reator nuclear. Já em uma bomba atômica, as fissões ocorrem todas de um intervalo de tempo muito curto, gerando uma enorme quantidade de energia liberada por esse elemento ao se fissionar (GONÇALVES; AL-MEIDA, 2005).

A geração da energia elétrica é uma das principais aplicações da energia nuclear. As usinas nucleares são usinas térmicas que aproveitam o calor produzido numa fissão, levando a movimentação do vapor de água que, por sua vez, agita as turbinas levando a produção da eletricidade (SALINO, 2011).

Segundo dados do Instituto Ciência Hoje, em alguns reatores nucleares há a necessidade de um enriqueci-mento do urânio, que geralmente é o combustível dos reatores, o urânio muitas vezes se encontra apenas com 0,7% do isótopo 235U. Esse processamento chega a pro-porcionar um alcance em cerca de 3,5% do isótopo. Para a produção de uma bomba nuclear este enriquecimento é superior a 90% (GONÇALVES; ALMEIDA, 2005).

São diversas as etapas do processamento completo de obtenção do combustível nuclear, denominado como ciclo do combustível. Ele é envolto por diversas etapas, tais como: i) primeiramente é necessária a extração do minério do solo; ii) em seguida deve-se ocorrer o bene-ficiamento para separar o urânio de outros minérios; iii) posteriormente ocorre a conversão em gás do produto do beneficiamento; iv) depois acontece o enriquecimento do gás, no qual a proporção de 235U é aumentada até o nível desejado; v) acontece reconversão do gás de urânio enriquecido para o estado de pó; vi) fabricação de pastilhas a partir da compactação do pó; vii); e por fim, a montagem dos elementos combustíveis, quando se colocam as pastilhas em cilindros metálicos que irão formar os elementos combustíveis do núcleo do reator (GONÇALVES e ALMEIDA, 2005).

O Instituto Ciência Hoje afirma também que atual-mente no mundo estão em funcionamento 440 reatores nucleares voltados para a geração de energia em 31 países. Outros 33 estão em construção. Certa de 17% da geração elétrica mundial é de origem nuclear, a mesma proporção do uso de energia hidroelétrica e de energia produzida por gás. Alguns países desenvolvidos têm seu abastecimento de energia elétrica com um alto percentual de geração nuclear. Além desses reatores, funcionam mais 284 reatores de pesquisa em 56 países (GONÇALVES e ALMEIDA, 2005).

4 A Situação da Energia Eólica no Brasil

Segundo dados da Companhia Paulista de Força e Luz e (CPFL), no Brasil 91% da eletricidade provêm da energia hidráulica e é perceptível o abusivo uso de uma única matéria prima que é suscetível às intempéries da natureza (WESCHENFELDER e SCHAEFFER, 2013).

O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA) com o intuito de diversificar a Matriz Energética Brasileira, em 2004 instituiu um objetivo de aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos com base em fontes eólicas, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCH) no Sistema Elétrico Interligado Nacional (SIN).

De acordo com os dados do Centro de Referencia para Energia Solar e Eólica, o atlas do potencial eólico brasileiro envolve todo o território nacional. Com o in-tuído de fornecer informações para habilitar tomadores de decisão na procura e identificação de áreas adequadas para aproveitamentos eólicos elétricos (AMARANTE et al., 2011).

A Associação Brasileira de Energia Eólica afirma que existem 205 usinas até hoje instaladas, com capacidade de 5,1 GW que apresentam uma grande vantagem devido à redução de 4.383.430 (T/ano) de CO2.

Mesmo que exista divergência entre especialistas e instituições na estimativa do potencial eólico brasileiro, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) afirma que existem vários estudos indicando valores extrema-mente consideráveis. Poucos anos atrás, as estimativas eram da ordem de 20.000 MW. Atualmente os estudos apontam valores maiores de 60.000 MW. Essas dissensões decorrem principalmente da falta de informações e das diferentes metodologias empregadas (ANEEL, 2002).

A falta de chuvas e a realidade da seca no Brasil fez com que aflorasse um interesse do governo federal em ligar usinas mais caras em outubro de 2013 no país.

A Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEó-lica), afirma que a fonte eólica complementa as usinas hidrelétricas. Contudo, elas dão segurança na transmissão da energia, em comparação com as térmicas. A matriz está sendo expandida nessa ótica, com energia segura, limpa renovável e competitiva.

No ranking internacional de produção eólica, o Brasil ocupa a 15ª posição, gerando 2,5 GW. Esse tipo de usina é a quinta mais investida no país, com apenas 3% da ge-ração total de energia. A fonte que ainda se encontra no topo do ranking é a hidrelétrica, com 68% da cobertura. Com a evolução, o investimento na energia eólica teve um aumento, pois antes a implantação de uma usina eólica requeria muito dinheiro, com o aperfeiçoamento da mesma essa tecnologia evoluiu, tornando assim mais acessível (MELO, 2014).

Segundo a ABEEólica, a estimativa é de que, em 2015 a produção de energia eólica seria de 8 GW, com cobertura de 6% do país, enquanto a hidroelétrica seria de 94 GW, com 65%. Já em 2022, o número da eólica subiria para 17 GW e 9,5 % de cobertura, enquanto a hidroelétrica teria um aumento para 119 GW e permaneceria com 65%.

A ANEEL afirma que em setembro de 2013, havia apenas 6 centrais eólicas em operação no Brasil com capacidade instalada de 22.075 KW, portanto, percebe-se que a participação da energia eólica na geração de energia elétrica no país ainda é pequena. Entre essas

28 FLORES: Um Breve Estudo Comparativo Entre as Energias Eólica e Nuclear

centrais, as que mais se destacam é Taíba e Prainha, no estado do Ceará, representando 68% do parque eólico nacional (ANEEL, 2002).

5 A Situação da Energia Nuclear no Brasil

O Brasil dispõe em seu território, diversas alternativas de geração térmica, que podem servir como complemen-tação energética na ausência da energia hidrelétrica, tais alternativas como: urânio, carvão, biomassa, petróleo e gás natural. Sabendo que cada um possui suas especi-ficidades de uso (SILVA, 2006).

Vale a pena ressaltar que diferentemente dos com-bustíveis fósseis, o urânio, combustível nuclear, não tem atualmente outra aplicação industrial corrente que não seja voltado para geração de energia elétrica. Sabe-se que o Brasil possui uma das maiores reservas mundiais de urânio. Além disso, possuímos o domínio da tecnologia de enriquecimento do urânio. Isto torna-se mais relevante agora, pois o país passou a dominar o conhecimento do ciclo completo de fabricação do combustível nuclear (MARQUES, A.L.F., 2010).

Segundo dados da ANEEL, no Brasil a expansão do parque nuclear faz parte do Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica (2006/2015). No final da década de 60 que foi estabelecida a instalação de usinas nucleares em território nacional. Com as mesmas, o Governo Federal almejava buscar conhecimento sobre a nova tecnologia que se expandia rapidamente pelo mundo e ao mesmo tempo, resolver um problema localizado: a necessidade de complementação térmica para o suprimento de ele-tricidade ao Rio de Janeiro (ANEEL, 2008).

A energia nuclear é uma tecnologia viável e sus-tentável para o Brasil, pois a mesma permite a geração confiável de uma energia ambientalmente limpa e que não coopera para emissão dos gases contribuintes ao efeito estufa, além de não ser afetadas por variações climáticas.

O combustível usado numa usina nuclear é de origem nacional, contribuinte para minimizar vulnerabilidades no abastecimento e na proteção contra a volatilidade dos preços, não estando sujeito a flutuações do mercado internacional. Comparando uma usina nuclear com ou-tras, percebe que a mesma ocupa uma menor área para sua implantação, podendo ainda se instalar próximo a grandes centros consumidores, eliminando a necessidade de longas linhas de transmissão (SILVA, 2006).

Uma das usinas nucleares presente no Brasil é a Angra I, que iniciou sua construção em 1972, com tec-nologia norte-americana. Após três anos, em 1975, o país assinou com a República Federal da Alemanha o Acordo de Cooperação para o Uso Pacífico da Energia Nuclear. Em Julho do mesmo ano, foram adquiridas as usinas Angra II e Angra III da empresa Kraftwerk Union A.G. – KWU, subsidiária da Siemens, também alemã. No contrato previa transferência parcial de tecnologia

(ANEEL, 2008).Somente em 1985 que Angra I entrou em operação.

Ela apresentava uma potência instalada de 657 MW. Em 2000 a usina Angra II, entrou em operação com potên-cia de 1.450 MW, mas ficou desativada durante muitos anos. A construção foi integrada no Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica (2006/2015) e em julho de 2008, o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Naturais (Ibama) expediu licença prévia autorizando a retomada das obras. Em 2008, o ministro de Minas e Energia, anunciou a intenção do governo de construir uma usina nuclear por ano ao longo dos próximos 50 anos, o que resultaria em uma capacidade instalada total de 60 mil MW. A previsão para o início da opera-ção Angra III é para 2014, elevando a participação da capacidade nuclear instalada no Brasil de 1,98% (2,007 GW) para 2,5% (3,357 GW) da capacidade instalada to-tal, considerando que esta última terá um crescimento anual de 4% passando de 103 GW (2008) para 130 GW em 2014 (ANEEL, 2008).

Dados comprovam que em 2007, Angra I e Angra II responderam por 2,5% da produção total de energia elétrica no país, quantidade estabelecida de 12,3 te-rawatts-hora (TWh) (ANEEL, 2008).

6 Conclusão

Para obtermos uma visão panorâmica da situação atual, apresentamos em anexo, um quadro comparativo entre as energias eólica e nuclear mencionadas ao longo do presente artigo. Nosso objetivo é tão somente clarificar as características dos tipos de energias mencionadas.

Conclui-se com este artigo que ambas as energias trazem benefícios, mas também apresentam alguns pontos negativos. Porém, é perceptível a contribuição que ambas podem dar ao parque energético nacional e mundial.

Tanto a energia eólica quanto a nuclear vem conquis-tando um importante espaço no cenário nacional, pois, ambas são classificadas como energias elétricas limpas. Esta classificação desperta os interesses governamentais e empresariais que buscam investir em pesquisas e aná-lises que viabilizem suas crescentes implantações. Essas medidas vêm de encontro à diminuição da emissão de gases contribuintes ao efeito estufa, além de minimizar o uso irracional de água utilizada em hidroelétricas.

Por fim, faz-se necessária uma conscientização do país na área energética. Precisamos urgentemente deixar de avaliar a energia apenas utilizando o preço como parâmetro. É mister pensarmos no que o meio ambiente pode se tornar daqui algum tempo.

Agradecimentos

Agradecemos ao Professor Rubens Martins Moreira


do Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN) por nos receber e nos incentivar a defender e divulgar a energia nuclear.





Referências

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As Influências das Torres Hiperbólicas nas Usinas Termoelétricas: Um Foco Termonuclear

Influences of Hyperbolic towers in Thermoelectric Power Plants: A Thermonuclear Focus

Raquel Anna Sapunaru1, Olavo Cosme da Silva2, Maria Thereza da Silva Lopes Lima3, Marina Corrêa de Souza4, Tarcísio Santos Flores5, Nathália Gracielle da Silva Cruz6, Hugo Duarte Diamantino7, Lívia Alves Barroso8, Bruna Almeida Rocha9, Rômulo Luiz Mendes

Souza10, Pedro Camilo Ramos11 e Márcio Henrique Marques Macedo12

1 Professora Doutora em Filosofia da Ciência, Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.2 Professor Doutor em Física, Instituto de Ciência e Tecnologia, UFVJM, Diamantina, Brasil.



Resumo

Trata-se de um estudo breve da importância/eficiência e influência das torres hiperbólicas no processo de resfriamento de termoelétricas com ênfase nas termonucleares.

Palavras-chave: Energias alternativas, processos de resfriamento, economia, eficiência.

Abstract

We present a brief analysis of the importance and efficiency of hyperbolic cooling towers for nuclear thermoelectric plants. with an emphasis on the thermonuclear plant processes.

Keywords: Alternative energies, cooling processes, economy, efficiency.


1 Introdução

Uma torre de resfriamento ou de refrigeração é essencialmente uma coluna que permite a transferência de calor e massa através do contato

entre duas correntes de fluidos. Grosso modo, a torre de refrigeração é essencialmente um dispositivo de remoção de calor potente. Este calor é oriundo de um processo e, posteriormente, ele será lançado para a atmosfera.

As torres possuem diversas aplicações: são utilizadas em indústrias químicas, termoelétricas, usinas nucela-res e sistemas de condicionamento de ar em edifícios. Especialmente, nas torres hiperbólicas de resfriamento das usinas nucleares ocorre o que se chama de processo de tiragem natural, ou seja, o fluxo de ar circula natural-mente pela torre, sem o auxílio de ventiladores, gerando assim um baixo custo para a empresa que utiliza este tipo de torre de resfriamento. Além disso, as torres de resfriamento hiperbólicas possuem características pró-prias, a saber: aproximadamente 200 metros de altura e 100 metros de diâmetro de base (SAMPAIO, 2010). Por serem muito extensas, elas necessitam de um reforço na sua construção. Geralmente, utiliza-se concreto ar-mados nas estruturas hiperbólicas, pois elas devem ser rígidas o suficiente para suportar não somente o peso dos componentes básicos, tais como, equipamentos me-cânicos, distribuição de água, etc., mas também o peso da água, cargas de ventos e eventuais cargas sísmicas (OMNI, 1989).

O presente artigo pretende discorrer, brevemente, sobre a forma hiperbólica das torres de resfriamento em usinas termoelétricas, em breve oposição ao não uso das mesmas, com ênfase nas usinas termonucleares.

2 O Funcionamento das Torres Hiperbóli-cas

2.1 Descrição

Particularmente nas usinas termonucleares, a água utilizada no resfriamento do reator nuclear chega até a porção inferior da torre e entra em contato com o ar que ali se encontra, aquecendo-o. O ar quente é menos denso do que o frio, logo, tende a subir e dar espaço a entrada do ar frio pela base da torre que apresenta maior densidade. Neste tipo de torre, a água pode entrar em contato com a corrente de ar, gerando uma transferência de calor convectiva, isto é, a transferência acontece através do contato entre os dois fluidos em questão, água e ar. Este encontro entre os dois fluidos pode ocorrer através de um fluxo em contracorrente ou em fluxo cruzado.

No arranjo de fluxo em contra corrente, os fluidos estão em sentidos opostos, enquanto que no fluxo cruzado o ar é direcionado perpendicularmente ao fluxo da água. Destes arranjos apresentados o fluxo em contracorrente é o que apresenta maior eficiência. O fluxo cruzado,

por sua vez, possui uma eficiência muito variável que depende da disposição dos tubos, da trajetória do fluido do tubo com relação ao fluido externo e do número de fileiras. O fato do processo de transferência de calor em fluxos de contracorrente ser mais eficiente deve-se a sua configuração que possibilita um gradiente maior de temperatura da água e do ar. Consequentemente, ele permite uma maior troca de calor convectiva entre os fluidos. Na torre em contracorrente a água pode ser distribuída por pressão ou por gravidade. Porém, nas torres que utilizam o sistema de corrente cruzada, a distribuição é sempre por gravidade.

O sistema de distribuição por gravidade é compos-to por uma canaleta principal e canaletas secundárias nas quais estão fixados os bicos de aspersão, um tipo pulverização que proporcionam uma distribuição mais homogênea da água sobre a superfície do enchimento. Este tipo de distribuição é empregado nas torres de fluxo cruzado, pois a sua configuração permite que a água desça mais devagar. Logo, há um maior tempo de contato com a corrente de ar perpendicular a queda d’água. Uma de suas principais vantagens consiste no menor trabalho necessário para bombear a água, pois esta não está pressurizada, o que implica em menores custos de operação.

O sistema de distribuição por pressão está ampla-mente relacionado com o rendimento da torre, pois o aumento da pressão acarreta no aumento do fluxo de água. Contudo, este sistema exige uma maior quantidade de trabalho, já que a água encontra-se pressurizada.

O formato hiperbólico dessas torres contribui para uma maior velocidade de saída de ar quente, pois o afunilamento cria uma região de compressão no local de menor diâmetro. Nele, a velocidade do ar que está escoando no sentido de saída da torre aumentará e sua pressão na parte superior da torre sofrerá um decai-mento. As vantagens deste tipo de torre estão ligadas à possibilidade de resfriamento de um grande volume de água, além de evitarem a recirculação do ar na parte interna. As torres de resfriamento hiperbólico apresen-tam um baixo custo de manutenção, mas possuem um alto custo de construção, devido ao seu formato extenso e apresenta um baixo gasto de energia, gasto este que está relacionado ao bombeamento de água no momento da aspersão.

Dito isso, nos questionamos: Se as torres hiperbólicas têm como principal função resfriar o fluido de trabalho, por que simplesmente não omitimos a torre, deixando este fluido de trabalho resfriar através do contato direto com o ar? Quais seriam as reais vantagens do uso da torre hiperbólica em relação ao vazio?

2.2 Funcionamento

Conforme Junior, as variáveis usualmente definidas na especificação de uma torre são: carga térmica a ser removida, vazão de circulação da água, range e appro-

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ach (JUNIOR, 20011, p. 1). E nas palavras de Sampaio, o range de uma torre de resfriamento é definido como a diferença das temperaturas de alimentação da torre, água quente de entrada e, de devolução da torre, água de saída, resfriada. Já o approach é a diferença das tem-peraturas de devolução da torre, água de saída resfriada e, da temperatura de bulbo úmido do ar na entrada da torre (SAMPAIO, 2013, p.17). A temperatura de bulbo úmido é tida como um tipo de medida de temperatura que reflete as propriedades físicas de um sistema cons-tituído pela evaporação. A evaporação ocorre devido à absorção de calor, ocasionando resfriamento, pois, como as moléculas de maior energia escapam, ou melhor evaporam e as que ficam têm menor energia cinética média, a temperatura do líquido diminui; é a tempe-ratura mais baixa que pode ser alcançada apenas pela evaporação da água. Exemplificando, é a temperatura que se sente quando a pele está molhada e está exposta a movimentação de ar. Assim, quanto menor a umidade relativa do ar, maior o resfriamento.

Segundo o Roteiro de Laboratório de Calor e Fluidos, da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, o projeto de uma torre de resfriamento parte dos valores da vazão e da temperatura da água a ser resfriada. Então, uma vez especificada a geometria da torre em termos de suas dimensões e tipo de enchimento, o funcionamento adequado dependerá do controle da vazão de ar. Em termos de insumo energético, a torre demandará potência para fazer escoar o ar, sendo que o enchimento da torre é um elemento que introduz perda de carga; a água deverá ser bombeada até o ponto de aspersão (UNICAMP, p. 1). E ainda, conforme Oliveira esse resfriamento ocorre por meio do contato entre a água quente e o ar ambiente que é insuflado para o interior da torre. A água é resfriada devido à transferência de massa e de calor latente e sensível para o ar (OLIVEIRA, 2010, p. 20).

Os sistemas de refrigeração disponíveis são os seguin-tes: sistema direto, mar ou rios; lagos de resfriamento, naturais ou artificiais; torres de refrigeração de tiragem mecânica e torres de refrigeração de tiragem natural.

De acordo com informações de Stamm, as Torres de Refrigeração de Tiragem Natural são as mais usadas e possuem como princípio de funcionamento baseado na convecção natural. Nas torres de tiragem natural, cilíndricas ou hiperbólicas, o fluxo de ar depende basi-camente da sua altura. Para empreendimentos de grande porte como é o caso das usinas a vapor, atualmente são usadas exclusivamente torres hiperbólicas (STAMM, 1985, p. 31). Um exemplo disso são as usinas nucleares que utilizam torres de resfriamento exclusivamente hi-perbólicas. As vantagens apresentadas para a utilização deste tipo de sistema é a maior eficiência nas regiões onde prevalece a alta umidade relativa do ar. Nelas, não têm componentes mecânicos e elétricos, os custos de manutenção são baixos, de excelente confiabilidade, ocupam menor área e a dispersão do vapor ocorre em elevada altitude eliminando os problemas de formação de

neblina e perda de eficiência por recirculação (STAMM, 1985, p. 31). A partir de informações do site Manutenção e Suprimentos, o formato também atende ao processo de resfriamento em si. O projeto natural deste equipa-mento de trabalho se dá através de bombeamento do fluido quente para cima da torre. Como a gravidade atrai a baixa liquidez, as correntes ascendentes de ar frio permitem a evaporação e a transferência de calor do fluido para o ar, diminuindo assim a temperatura. A forma hiperbólica de resfriamento acelera o fluxo de ar melhorando a eficiência de refrigeração (Manutenção e Suprimentos).

Numa torre de resfriamento, a principal contribuição para o resfriamento da água é dada pela evaporação de parte dessa água que circula novamente na torre. A eva-poração da água, transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa, causa o abaixamento da temperatura da água que escoa ao longo da torre de resfriamento. Isso ocorre porque a água para evaporar precisa de ca-lor latente e esse calor é retirado da própria água que escoa ao pela torre. Vale lembrar que a transferência de massa da água para o ar ocorre porque as duas fases em contato tendem a entrar em equilíbrio. A evaporação de parte da água é responsável por aproximadamente 80% do resfriamento da água. A diferença de temperatura entre o ar e a água é responsável pelos outros 20 % do resfriamento.

Figura 1- Esquema de funcionamento de uma torre hiperbólica

Conforme Oliveira, nas torres hiperbólicas, assim como nos demais tipos de torres, o ar entra em contato com a água quente, aquece-se e sua densidade diminui. A diferença de densidade entre o ar dentro da torre e o ar externo produz um escoamento natural do ar frio que entra na região inferior da torre e o ar mais quente e menos denso sai no topo. As torres com aspiração natural possuem chaminé de aspiração que facilita a saída do ar quente (OLIVEIRA, 2010, p. 28).

Nas palavras de Sampaio, na prática, para torres de resfriamento, comumente é utilizado o conceito de eficiência de resfriamento, dado por:


(SAMPAIO, 2013, p. 17).

Neste ponto, vale nos aprofundarmos um pouco mais na teoria de máquinas térmicas. A análise de eficiência de uma torre de resfriamento se dá a partir da razão entre as transferências de energia na forma de calor (Q), supondo comportamento real e ideal. Como já definido anteriormente, a temperatura de bulbo úmido é a mínima temperatura que a água pode atingir dado o processo de resfriamento. Partindo dessa ideia, a máxima troca de calor possível depende da temperatura de entrada da água, logo após a movimentação das turbinas. Con-sequentemente, se trata da maior temperatura presente no processo de resfriamento, associada à temperatura do bulbo úmido. Entende-se esse processo como sendo ideal, ou seja, aquele que possibilita a máxima transfe-rência de calor, dado pela fórmula:

sendo m como sendo a massa de água analisada e o Cp como o calor específico da água a pressão constante.

Entretanto, considerando um comportamento real, a temperatura que a água atinge após o resfriamento é superior quando comparada a temperatura de bulbo úmido. Isso torna a transferência de calor nesse processo inferior, quando comparado ao processo ideal, como representa a fórmula:

De acordo com as informações apresentadas temos que a eficiência do processo de resfriamento é a razão entre as transferências de calor entre a situação real e a ideal. A disposição dessa divisão deve-se ao fato de considerarmos a eficiência como sendo uma porcentagem, e seu máximo como 1, ou 100%. Dessa forma, o valor presente no denominador deve ser o maior, visando a percepção de quão eficaz é o processo comparado ao modelo ideal. Sendo assim:

Como as massas e os calores específicos possuem os mesmos valores, podemos simplificar a expressão:

Através da fórmula da eficiência de uma torre de resfriamento, vemos o motivo de ela ser empregada, principalmente, em usinas termelétricas. A temperatura

de entrada da água é altíssima, devido ao aquecimen-to a que ela é submetida em etapas anteriores. Assim que passa pela torre de resfriamento sua temperatura é diminuída, obtendo-se uma diferença relativamente grande entre a temperatura de entrada e a de saída da água, ocasionando em um numerador maior, quando utilizamos a fórmula de eficiência supracitada.

Imaginando outra situação de resfriamento da água, mas considerando que ela é resfriada ao ar livre, sem uma torre de resfriamento, a temperatura final da água será bem maior quando esta é submetida ao resfriamento por uma torre. Como nas duas situações a temperatura de entrada da água é a mesma com ou sem a torre, nes-te segundo caso, a diferença entre as temperaturas de entrada e saída da água é muito pequena, ocasionando em um numerador pequeno.

Considerando que os denominadores são os mesmos para as duas situações, pois a temperatura com que a água chega é a mesma e a temperatura do bulbo úmido é medido por um termômetro que independe se se trata de uma torre ou apenas resfriada ao ar livre, a primeira possui um numerador maior que a segunda. A razão representada na fórmula de eficiência será maior para a primeira situação comparada com a segunda, resultando em um maior coeficiente de eficiência para o primeiro caso. Assim, provando que as torres são mais eficientes quando se tratam do resfriamento da água.

3 Conclusão

As torres hiperbólicas das termoelétricas tem como função o resfriamento da água utilizada nas usinas, processo realizado através da transferência de calor entre a água aquecida e o ar frio. O funcionamento das torres consiste no gotejamento da água aquecida, pos-sibilitando o contato da mesma com o ar frio. Assim, o ar frio retém o calor da água tornando-se menos denso que anteriormente, consequentemente sobe até o topo da torre sendo liberado na atmosfera. Posteriormente, a base encontra-se livre para a entrada de uma nova camada de ar frio, a água por sua vez é liberada com uma temperatura ideal pra ser reutilizada.

Em vista do que foi apresentado ao longo deste artigo, parece-nos claro o suficiente que as torres hiperbólicas possuem maior eficiência na refrigeração da água. Isso ocorre devido à estrutura da torre que permite melhor fluxo do ar quente, não possibilitando a recirculação desse ar. Além disso, o sistema proporciona maior superfície de contato do ar frio com a água aquecida, assegurando maior efetividade no resfriamento. Diferentemente do sistema de refrigeração com torres hiperbólica, o sistema ao ar livre não possui tal eficiência devido à ocorrência da recircula-ção do ar e também o fato da superfície de contato entre a água e o ar frio ser menor. Ainda assim, o calor retido muito próximo ao solo pode gerar problemas ambientais ou atingir a população local causando-as desconforto.

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Agradecimentos






Referências

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