a Água do oceano queima ? ou o mar como fonte de energia

VALE SOLUÇÕES EM ENERGIA

Demétrio Bastos NettoDemétrio Bastos Netto

A ÁGUA DO OCEANO QUEIMA ?A ÁGUA DO OCEANO QUEIMA ?ou ou

O MAR COMO FONTE DE ENERGIAO MAR COMO FONTE DE ENERGIA


21/08/200921/08/2009

COPPE / UFRJ – SEMINÁRIO DE COMBUSTÃO E COPPE / UFRJ – SEMINÁRIO DE COMBUSTÃO E ENERGIA ENERGIA




ESTA APRESENTAÇÃO É CALCADA EM QUATRO OUTRAS:ESTA APRESENTAÇÃO É CALCADA EM QUATRO OUTRAS:A PRIMEIRA DELAS REALIZADA EM FEV. 1986 EM BRASÍLIA, A PRIMEIRA DELAS REALIZADA EM FEV. 1986 EM BRASÍLIA, DF SOB OS AUSPÍCIOS ABEAS (Assoc. Bras. de Educ. DF SOB OS AUSPÍCIOS ABEAS (Assoc. Bras. de Educ. Agrícola Sup.) com apoio CAPES/MEC NUM CURSO SOBRE Agrícola Sup.) com apoio CAPES/MEC NUM CURSO SOBRE OUTRAS FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA.OUTRAS FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA.A SEGUNDA REALIZADA EM 19/10/2005 NA UNESP EM RIO A SEGUNDA REALIZADA EM 19/10/2005 NA UNESP EM RIO CLARO.CLARO.A TERCEIRA DE NOVO EM BRASÍLIA NO COBEM (NOVEMBRO A TERCEIRA DE NOVO EM BRASÍLIA NO COBEM (NOVEMBRO DE 2007), DURANTE O WORKSHOP DE COMBUSTÃ0 (RAZÃO DE 2007), DURANTE O WORKSHOP DE COMBUSTÃ0 (RAZÃO DO QUESTIONAMENTO DO TÍTULO) DO QUESTIONAMENTO DO TÍTULO) E A QUARTA, RECENTEMENTE, EM 18/10/2008 NA UNIVAP E A QUARTA, RECENTEMENTE, EM 18/10/2008 NA UNIVAP EM SÃO JOSÉ DOS CAMPOSEM SÃO JOSÉ DOS CAMPOS



Honrado pelo convite para falar sobre o “O MAR COMO Honrado pelo convite para falar sobre o “O MAR COMO GERAÇÃO DE ENERGIA”, de novo presto homenagem a GERAÇÃO DE ENERGIA”, de novo presto homenagem a dois cientistas, colegas meus que, vivendo décadas antes dois cientistas, colegas meus que, vivendo décadas antes de seus tempos, ensinaram-me com entusiasmo, paciência de seus tempos, ensinaram-me com entusiasmo, paciência e imaginação, o pouco que sei: e imaginação, o pouco que sei:

O Alte. PAULO DE CASTRO MOREIRA da SILVA O Alte. PAULO DE CASTRO MOREIRA da SILVA ee

O Dr. BELA JOHN EDWARD ZETTLO Dr. BELA JOHN EDWARD ZETTL



A primeira parte do título de nossa apresentação:A primeira parte do título de nossa apresentação:

ÁGUA DO MAR: “DEVÍAMOS SIMPLESMENTE QUEIMÁ-ÁGUA DO MAR: “DEVÍAMOS SIMPLESMENTE QUEIMÁ-LA?”LA?”

parece um pouco estranha. Entretanto dia 09/09/2007 parece um pouco estranha. Entretanto dia 09/09/2007 apareceu um Artigo por David Templeton na Pittsburgh apareceu um Artigo por David Templeton na Pittsburgh Post-Gazette com o título: “Salt water as fuel? Erie man Post-Gazette com o título: “Salt water as fuel? Erie man hopes so” Eis o Artigo original a mim enviado via E-Mail hopes so” Eis o Artigo original a mim enviado via E-Mail por um grande amigo (hoje meu chefe) que, ao fazê-lo, por um grande amigo (hoje meu chefe) que, ao fazê-lo, certamente não acreditava em sua imediata valia:certamente não acreditava em sua imediata valia:



Salt water as fuel? Erie man hopes so Sunday, September 09, 2007 By David Templeton, Pittsburgh Post-Gazette For obvious reasons, scientists long have thought that salt water couldn't be burned. So when an Erie man announced he'd ignited salt water with the radio-frequency generator he'd invented, some thought it a was a hoax. John Kanzius, a Washington County native, tried to desalinate seawater with a generator he developed to treat cancer, and it caused a flash in the test tube. Within days, he had the salt water in the test tube burning like a candle, as long as it was exposed to radio frequencies. His discovery has spawned scientific interest in using the world's most abundant substance as clean fuel, among other uses.



Dr. Rustum Roy, a Penn State University chemist, held a demonstration last week at the university's Materials Research Laboratory in State College, to confirm what he'd witnessed weeks before in an Erie lab. "It's true, it works," Dr. Roy said. “ Everyone told me,Rustum, don't be fooled. He put electrodes in there.' "But there are no electrodes and no gimmicks, he said.Dr. Roy said the salt water isn't burning per se, despite appearances. The radio frequency actually weakens bonds holding together the constituents of salt water -- sodium chloride, hydrogen and oxygen -- and releases the hydrogen, which, once ignited, burns continuously when exposed to the RF energy field. Mr. Kanzius said an independent source measured the flame's temperature, which exceeds 3,000 degrees Fahrenheit {nearly 1650 degrees Centigrade}, reflecting an enormous energy output.



As such, Dr. Roy, a founding member of the Materials Research Laboratory and expert in water structure, said Mr. Kanzius' discovery represents "the most remarkable in water science in 100 years.” But researching its potential will take time and money, he said. One immediate question is energy efficiency: The energy the RF generator uses vs. the energy output from burning hydrogen.

Etc. Etc. 1375.73 K

VAMOS ENTÃO VER O MAR COMO FONTE DE

ENERGIA !




1.1 - Introdução1.1 - Introdução1.2 - Gradiente Térmico dos Oceanos1.2 - Gradiente Térmico dos Oceanos 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos1.3 - Gradientes de Salinidade – Osmose1.3 - Gradientes de Salinidade – Osmose1.4 - A Energia das Marés1.4 - A Energia das Marés1.5 - Energia das Ondas1.5 - Energia das Ondas1.6 - Energia das Correntes1.6 - Energia das Correntes 1.6.1 - Limite de BETZ1.6.1 - Limite de BETZ1.7 - Energia da Biomassa1.7 - Energia da Biomassa1.8 - A Fusão Termonuclear Controlada1.8 - A Fusão Termonuclear Controlada1.9 - Emprego Conjugado da Energia Solar com os 1.9 - Emprego Conjugado da Energia Solar com os Gradientes do OceanoGradientes do Oceano




O homem não deve viver do planeta que habita, mas sim conviver com ele. É fato O homem não deve viver do planeta que habita, mas sim conviver com ele. É fato sabido que para esta metade do século XXI está prevista uma demanda de sabido que para esta metade do século XXI está prevista uma demanda de eletricidade de eletricidade de 10102828 erg (2,7x10 erg (2,7x1055 Twh). Twh). Por outro lado Por outro lado 3/43/4 da superfície da Terra são da superfície da Terra são cobertos por água. Assim, dos cobertos por água. Assim, dos 600x10600x1066 TwhTwh de energia solar que aqui chegam de energia solar que aqui chegam anualmente, anualmente, 120x10120x1066 Twh Twh são absorvidos e armazenados pelos oceanos, sob a forma são absorvidos e armazenados pelos oceanos, sob a forma de energia térmica, química, mecânica e bioquímica (o balanço sendo principalmente de energia térmica, química, mecânica e bioquímica (o balanço sendo principalmente refletido). Para se ter uma idéia da proporção dessa energia no balanço global, basta refletido). Para se ter uma idéia da proporção dessa energia no balanço global, basta lembrar que os três primeiros metros da camada superficial do oceano armazenam lembrar que os três primeiros metros da camada superficial do oceano armazenam mais energia solar que toda a atmosfera (e aí estão incluídos os ventos, da brisa ao mais energia solar que toda a atmosfera (e aí estão incluídos os ventos, da brisa ao furacão).furacão). Neste trabalho procuramos descrever o estado da arte no aproveitamento Neste trabalho procuramos descrever o estado da arte no aproveitamento daquela energia em suas diversas formas, cuidando-se obviamente de se excluir o daquela energia em suas diversas formas, cuidando-se obviamente de se excluir o Petróleo (este também cada vez mais buscado sob os oceanos).Petróleo (este também cada vez mais buscado sob os oceanos).

Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano cujas técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir cujas técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano cujas Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano cujas técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir.técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir.

1.1 - INTRODUÇÃO1.1 - INTRODUÇÃOO MAR COMO FONTE DE ENERGIAO MAR COMO FONTE DE ENERGIA



AS GRANDES ENERGIAS UTILIZÁVEIS NO OCEANOAS GRANDES ENERGIAS UTILIZÁVEIS NO OCEANO

A)A) A EXPLORAÇÃO DO GRADIENTE TÉRMICO ENTRE A SUPERFÍCIE E A EXPLORAÇÃO DO GRADIENTE TÉRMICO ENTRE A SUPERFÍCIE E 0 FUNDO: 0 FUNDO: 40 BILHÕES DE MW.40 BILHÕES DE MW.B)B) A EXPLORAÇÃO DOS GRADIENTES DE SALINIDADE (POR A EXPLORAÇÃO DOS GRADIENTES DE SALINIDADE (POR EXEMPLO), NA FOZ DOS RIOS: EXEMPLO), NA FOZ DOS RIOS: 1,4 BILHÕES DE MW.1,4 BILHÕES DE MW.C) C) A EXPLORAÇÃO DAS CORRENTES MARINHAS:A EXPLORAÇÃO DAS CORRENTES MARINHAS: 5 MILHÕES 5 MILHÕES DE MW.DE MW.D) D) A EXPLORAÇÃO DAS MARÉS: A EXPLORAÇÃO DAS MARÉS: 2,7 MILHÕES DE MW.2,7 MILHÕES DE MW.

E)E) A EXPLORAÇÃO DAS ONDAS: A EXPLORAÇÃO DAS ONDAS: 2,5 MILHÕES DE MW.2,5 MILHÕES DE MW.

F) F) APROVEITAMENTO DO POTENCIAL DE BIOMASSA (ASSUMINDO APROVEITAMENTO DO POTENCIAL DE BIOMASSA (ASSUMINDO UMA EFICIÊNCIA DO PROCESSO FOTOSSINTÉTICO DE 2%): UMA EFICIÊNCIA DO PROCESSO FOTOSSINTÉTICO DE 2%): 274 274 MILHÕES DE MW.MILHÕES DE MW.




Então, como vimos, o mar apesar de Então, como vimos, o mar apesar de “mecânico”“mecânico” em sua em sua aparência – “o bramir das ondas, a força das correntes aparência – “o bramir das ondas, a força das correntes marinhas, etc” - é muito mais marinhas, etc” - é muito mais “Térmico“Térmico” (aliás, até o ” (aliás, até o potencial osmótico é muito maior que o mecânico). O oceano potencial osmótico é muito maior que o mecânico). O oceano (como a atmosfera) apesar das aparências, está sob o domínio (como a atmosfera) apesar das aparências, está sob o domínio da da Energia Térmica.Energia Térmica. Basta lembrar que Basta lembrar que toda a energia mecânica dissipadatoda a energia mecânica dissipada no oceano (em suas diversas formas) é no máximo da ordem no oceano (em suas diversas formas) é no máximo da ordem de de 0,1% da energia0,1% da energia que o mar entrega à atmosfera no que o mar entrega à atmosfera no processo de evaporação. Assim a energia mecânica marinha é processo de evaporação. Assim a energia mecânica marinha é apenas um subproduto, irrisório até mesmo se comparada apenas um subproduto, irrisório até mesmo se comparada com o fluxo térmico das camadas profundas do oceano.com o fluxo térmico das camadas profundas do oceano.

1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS




Assim o Assim o gradiente térmico é, de longe, o principal gradiente térmico é, de longe, o principal recurso utilizávelrecurso utilizável, com cerca de , com cerca de 40 bilhões de Megawatts40 bilhões de Megawatts, , excedendo com folga os excedendo com folga os 32 bilhões32 bilhões estimados para o consumo estimados para o consumo da humanidade neste Milênio recém-iniciado.da humanidade neste Milênio recém-iniciado.

1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS

Fato é que embora longe de ser insignificante o fluxo da Fato é que embora longe de ser insignificante o fluxo da energia mecânica do oceano:energia mecânica do oceano:- arrebentação das ondas na costa: - arrebentação das ondas na costa: 6x106x10-3-3 W/m W/m22

- marés: - marés: 3x103x10-3-3 W/m W/m22

- correntes: - correntes: 3x103x10-3-3 W/m W/m22

- ondas ao largo: - ondas ao largo: 3 x 103 x 10-4-4 W/m W/m22

ela se amesquinha diante da energia térmica: somente por ela se amesquinha diante da energia térmica: somente por evaporação o oceano transmite à atmosfera evaporação o oceano transmite à atmosfera 75 W/m75 W/m22




1.2.1 - A Reserva Térmica 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceanodo Oceano

A quase-opacidade da A quase-opacidade da água à radiação solar água à radiação solar (especialmente nos maiores (especialmente nos maiores comprimentos de onda, do comprimentos de onda, do infravermelho próximo em infravermelho próximo em diante) dá aos oceanos uma diante) dá aos oceanos uma estrutura térmica estrutura térmica característica que, na figura característica que, na figura ao lado está representada ao lado está representada para o oceano brasileiro:para o oceano brasileiro:

Distribuição de temperatura e nitratos no oceano.Distribuição de temperatura e nitratos no oceano.




Na realidade, a figura anterior é típica para todos os oceanos (com exceção dos Na realidade, a figura anterior é típica para todos os oceanos (com exceção dos polares), isto é 76% de suas águas tem uma temperatura menor que 4ºC, a polares), isto é 76% de suas águas tem uma temperatura menor que 4ºC, a temperatura média dos oceanos sendo de 3,52ºC (próxima figura). Mas isso não é temperatura média dos oceanos sendo de 3,52ºC (próxima figura). Mas isso não é tudo. Deve ser lembrado que essas águas profundas e frias, não penetradas pela luz tudo. Deve ser lembrado que essas águas profundas e frias, não penetradas pela luz contém muitas vezes mais nitratos (ver figura) , fosfatos e silicatos (os sais nutrientes) contém muitas vezes mais nitratos (ver figura) , fosfatos e silicatos (os sais nutrientes) que as águas superficiais. A exposição dessas águas profundas à luz solar seria que as águas superficiais. A exposição dessas águas profundas à luz solar seria suficiente para multiplicar a produção orgânica do oceano por fator da ordem de 100 suficiente para multiplicar a produção orgânica do oceano por fator da ordem de 100 (hoje limitada exatamente pela escassez desses sais na zona eufótica).(hoje limitada exatamente pela escassez desses sais na zona eufótica).

Assim, a camada superficial dos oceanos (50 a 100 metros de espessura) Assim, a camada superficial dos oceanos (50 a 100 metros de espessura) representa uma reserva de energia térmica disponível para o homem que nada mais é representa uma reserva de energia térmica disponível para o homem que nada mais é do que energia solar armazenada. Aqueles que criticam a energia solar pelo fato de do que energia solar armazenada. Aqueles que criticam a energia solar pelo fato de que, não sendo constante nem mesmo regular, ela deve ser armazenada - operação que, não sendo constante nem mesmo regular, ela deve ser armazenada - operação difícil - esquecem-se que o oceano (72% da superfície do globo) tem como sua função difícil - esquecem-se que o oceano (72% da superfície do globo) tem como sua função geofísica principal, exatamente aquela de armazenar a energia solar. As zonas geofísica principal, exatamente aquela de armazenar a energia solar. As zonas tropicais e equatorial, assim se constituem no reservatório principal desta energia. tropicais e equatorial, assim se constituem no reservatório principal desta energia. Infelizmente esta energia é armazenada numa temperatura relativamente baixa Infelizmente esta energia é armazenada numa temperatura relativamente baixa (cerca de 25ºC).(cerca de 25ºC).

1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano




Percentagem volumétrica das águas oceânicas em diferentes temperaturas.Percentagem volumétrica das águas oceânicas em diferentes temperaturas.

1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano1.2.1 - A Reserva Térmica do OceanoO MAR COMO FONTE DE ENERGIAO MAR COMO FONTE DE ENERGIA



Todos sabem é “impossível operar uma máquina térmica Todos sabem é “impossível operar uma máquina térmica trocando calor com uma só fonte” (esta é uma maneira de se trocando calor com uma só fonte” (esta é uma maneira de se apresentar a 2apresentar a 2aa LEI DA TERMODINÂMICA). LEI DA TERMODINÂMICA).

O que caracteriza o oceano entretanto é que, próximo à esta O que caracteriza o oceano entretanto é que, próximo à esta imensa “fonte quente”a 25º C existe uma fonte fria praticamente imensa “fonte quente”a 25º C existe uma fonte fria praticamente inexaurível de água gelada (4ºC ou menos!).inexaurível de água gelada (4ºC ou menos!).

Daí a idéia já antiga – D´Arsonval propôs seu emprego em Daí a idéia já antiga – D´Arsonval propôs seu emprego em 1881 de se montar uma máquina térmica usando a água da 1881 de se montar uma máquina térmica usando a água da superfície do oceano como fonte quente (25ºC) e a água profunda superfície do oceano como fonte quente (25ºC) e a água profunda como fonte fria.como fonte fria.

1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano




1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos

(A) CONCEPÇÃO DE CICLO ABERTO.(A) CONCEPÇÃO DE CICLO ABERTO.

CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (I)CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (I)




G. Claude (Ref. 4) gerou em 1930 22 Kwe em Cuba G. Claude (Ref. 4) gerou em 1930 22 Kwe em Cuba (Baía de Matanzas) usando uma diferença de temperatura (Baía de Matanzas) usando uma diferença de temperatura de apenas 13º C. Companhias de utilidades públicas de apenas 13º C. Companhias de utilidades públicas francesas projetaram diversas usinas para operarem no francesas projetaram diversas usinas para operarem no Caribe e na Costa Oeste da África entre1940 e 1960. Em Caribe e na Costa Oeste da África entre1940 e 1960. Em particular em 1956 (Abidjan) chegou-se a operar usina particular em 1956 (Abidjan) chegou-se a operar usina que, com um ΔT = 22°C, gerava 15 Mwe!que, com um ΔT = 22°C, gerava 15 Mwe!


Vale notar que tais projetos não foram levados adiante Vale notar que tais projetos não foram levados adiante principalmente pela competição, em preço, de outras fontes de principalmente pela competição, em preço, de outras fontes de energia. Entretanto a crise de energia, levou cientistas e energia. Entretanto a crise de energia, levou cientistas e Organizações Governamentais em todo o mundo a renovarem Organizações Governamentais em todo o mundo a renovarem seus interesses na aplicação da idéia de D´Arsonval.seus interesses na aplicação da idéia de D´Arsonval.




O conceito de Ciclo Fechado (B) emprega como fluido de trabalho um O conceito de Ciclo Fechado (B) emprega como fluido de trabalho um material com baixo ponto de Fusão (Amônia, NHmaterial com baixo ponto de Fusão (Amônia, NH33), tem sido sugerido ), tem sido sugerido como primeira opção, embora haja outros candidatos tais como Buteno-1, como primeira opção, embora haja outros candidatos tais como Buteno-1, Cloreto de Metila, Difluoretano e os refrigerantes R11, R12, R21, entre Cloreto de Metila, Difluoretano e os refrigerantes R11, R12, R21, entre outros (Esses não muito gentis com a camada de ozônio).outros (Esses não muito gentis com a camada de ozônio).

A Amônia é vaporizada num trocador de calor (1-2) (evaporador) A Amônia é vaporizada num trocador de calor (1-2) (evaporador) recebendo calor da água oceânica morna (- 25ºC). Este vapor trabalha recebendo calor da água oceânica morna (- 25ºC). Este vapor trabalha numa turbina (2-3) que move um gerador produzindo eletricidade.numa turbina (2-3) que move um gerador produzindo eletricidade.

O vapor de amônia é então condensado noutro trocador de calor (3-O vapor de amônia é então condensado noutro trocador de calor (3-4) (condensador) pela água fria profunda (- 5°C) sendo dai bombeada (4-4) (condensador) pela água fria profunda (- 5°C) sendo dai bombeada (4-1) de volta para o evaporador, num ciclo de Rankine clássico.1) de volta para o evaporador, num ciclo de Rankine clássico.






(B) CONCEPÇÃO DE CICLO FECHADO.(B) CONCEPÇÃO DE CICLO FECHADO.

CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (II)CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (II)





Qualquer que seja a técnica empregada, a diferença de temperatura, Qualquer que seja a técnica empregada, a diferença de temperatura, ΔT entre a água de superfície e a água profunda é naturalmente um ΔT entre a água de superfície e a água profunda é naturalmente um elemento chave na viabilidade econômica do processo.elemento chave na viabilidade econômica do processo. Estudos normalmente consideram um ΔT típico de 22°C. Entretanto Estudos normalmente consideram um ΔT típico de 22°C. Entretanto vale notar que uma variação de 2ºC deste valor nominal pode acarretar vale notar que uma variação de 2ºC deste valor nominal pode acarretar até cerca de 25% de variação na potência líquida com impacto significante até cerca de 25% de variação na potência líquida com impacto significante na economia da usina.na economia da usina.

Um valor de ΔT de 20ºC é considerado como um limite inferior para Um valor de ΔT de 20ºC é considerado como um limite inferior para usinas economicamente viáveis. Isto restringe o emprego da OTEC às usinas economicamente viáveis. Isto restringe o emprego da OTEC às regiões tropicais. A eficiência térmica ideal (Carnot) é baixa, de 2 a 3%. regiões tropicais. A eficiência térmica ideal (Carnot) é baixa, de 2 a 3%. Daí grandes volumes d’água com enormes superfícies de troca de calor Daí grandes volumes d’água com enormes superfícies de troca de calor são essenciais para que se obtenha quantidades razoáveis de potência são essenciais para que se obtenha quantidades razoáveis de potência líquida, o que resulta em usinas caras e grandes.líquida, o que resulta em usinas caras e grandes.





Por outro lado muitas são as aplicações propostas para tais sistemas e suas Por outro lado muitas são as aplicações propostas para tais sistemas e suas variações. 0 produto principal de uma usina OTEC é eletricidade. Esta eletricidade variações. 0 produto principal de uma usina OTEC é eletricidade. Esta eletricidade pode ser transmitida para uma malha local para consumo público. Entretanto, pode ser transmitida para uma malha local para consumo público. Entretanto, dependendo do ponto de geração, esta pode não ser a melhor solução. Tal eletricidade dependendo do ponto de geração, esta pode não ser a melhor solução. Tal eletricidade pode ser usada em processos de alto consumo de energia como na produção de pode ser usada em processos de alto consumo de energia como na produção de Alumínio ou na fabricação de Amônia para fertilizantes ou até mesmo para a obtenção Alumínio ou na fabricação de Amônia para fertilizantes ou até mesmo para a obtenção do combustíveis sintéticos em Pólos Petroquímicosdo combustíveis sintéticos em Pólos Petroquímicos

Água doce é um subproduto direto das usinas OTEC de ciclo aberto, podendo Água doce é um subproduto direto das usinas OTEC de ciclo aberto, podendo também ser obtida indiretamente nas OTEC's de ciclo fechado (usando as águas também ser obtida indiretamente nas OTEC's de ciclo fechado (usando as águas quente e fria em dessalinizadores “flash” múltiplo estágio). A água fria pode ser quente e fria em dessalinizadores “flash” múltiplo estágio). A água fria pode ser usada em unidades de refrigeração para condicionamento de ar ou armazenagem de usada em unidades de refrigeração para condicionamento de ar ou armazenagem de produtos refrigerados. A água fria, rica em sais nutrientes, pode ser usada em produtos refrigerados. A água fria, rica em sais nutrientes, pode ser usada em estações de maricultura. Dependendo do local e do mercado cada uma dessas estações de maricultura. Dependendo do local e do mercado cada uma dessas aplicações tem maior ou menor potencial.aplicações tem maior ou menor potencial.





Aplicações da Tecnologia das Usinas OTEC.Aplicações da Tecnologia das Usinas OTEC.

Em especial Em especial uma opção foi uma opção foi

proposta para o proposta para o NE brasileiro. Eis NE brasileiro. Eis

um esquema um esquema dessas dessas

aplicações:aplicações:




Usinas OTEC podem ser montadas sobre plataforma, em Usinas OTEC podem ser montadas sobre plataforma, em navios, fundeados ou mesmo ficarem na costa, dependendo da navios, fundeados ou mesmo ficarem na costa, dependendo da região e dos propósitos envolvidos. Por exemplo, uma usina região e dos propósitos envolvidos. Por exemplo, uma usina OTEC montada num navio operando a 300 milhas da costa OTEC montada num navio operando a 300 milhas da costa deverá utilizar a energia para ali mesmo fabricar um produto de deverá utilizar a energia para ali mesmo fabricar um produto de uso intenso de energia. Alias, um estudo financiado pelo uso intenso de energia. Alias, um estudo financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (mais Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (mais precisamente pela ERDA, sua antecessora), ao revelar as precisamente pela ERDA, sua antecessora), ao revelar as melhores áreas para implantação de um sistema OTEC, gerou melhores áreas para implantação de um sistema OTEC, gerou um ante-projeto de uma daquelas usinas a bordo de um navio um ante-projeto de uma daquelas usinas a bordo de um navio que utilizaria a eletricidade para fabricar amônia (a partir do que utilizaria a eletricidade para fabricar amônia (a partir do Nitrogênio do ar e do Hidrogênio da água – síntese de Harber). Nitrogênio do ar e do Hidrogênio da água – síntese de Harber). Essa amônia seria transportada para os E.U.A, uma atividade Essa amônia seria transportada para os E.U.A, uma atividade ainda assim economicamente viável. Tal navio ficaria a mais de ainda assim economicamente viável. Tal navio ficaria a mais de 200 milhas do Nordeste Brasileiro. 200 milhas do Nordeste Brasileiro.





Qualquer que seja a técnica usada, uma usina dessas envolve Qualquer que seja a técnica usada, uma usina dessas envolve trocadores de calor, turbina-gerador, a tubulação de água fria, etc trocadores de calor, turbina-gerador, a tubulação de água fria, etc enfim uma plêiade de componentes importantes e caros. enfim uma plêiade de componentes importantes e caros. Entretanto o Congresso Americano em 1980 publicou as seguintes Entretanto o Congresso Americano em 1980 publicou as seguintes conclusões sobre o assunto:conclusões sobre o assunto:a -a - A tecnologia está disponível para sistemas pequenos de A tecnologia está disponível para sistemas pequenos de 10-10-40 MWe40 MWe, embora testes de componentes para os trocadores de , embora testes de componentes para os trocadores de calor, tubulações de água fria e cabos de transmissão elétrica calor, tubulações de água fria e cabos de transmissão elétrica devam ser necessários para qualificação final.devam ser necessários para qualificação final.

b -b - A prova técnica foi feita no Mini-OTEC no Havaí (Projeto piloto A prova técnica foi feita no Mini-OTEC no Havaí (Projeto piloto da OTEC que operou sobre uma barcaça entre 1977 e 1980, no da OTEC que operou sobre uma barcaça entre 1977 e 1980, no Havaí, gerando Havaí, gerando 50 KWe50 KWe).).





1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos OceanosOceanos

c - Os efeitos biológicos (Biofouling) sobre os trocadores de calor e sobre o desempenho do sistema podem ser minimizados por contramedidas eficazes.

d - O ciclo aberto é uma alternativa atraente para pequenas unidades devido a sua habilidade em produzir água doce.

e - A construção de usinas de 100-400 MWe, flutuantes requerem desenvolvimento significativo de engenharia para o fundeio, para a tubulação de água fria e para os cabos de transmissão submersos, dado o estado atual da tecnologia.




1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE

Como é bem sabido o processo de dessalinização custa Como é bem sabido o processo de dessalinização custa dispêndio de energia. Será então que o processo oposto, ou seja, o dispêndio de energia. Será então que o processo oposto, ou seja, o salgamento de uma massa de água doce por outra, salgada, salgamento de uma massa de água doce por outra, salgada, envolveria liberação de energia, eventualmente aproveitável?envolveria liberação de energia, eventualmente aproveitável?

A resposta é afirmativa, e mais, não é difícil estimar-se a A resposta é afirmativa, e mais, não é difícil estimar-se a potência dissipada ao se misturar, por exemplo, as águas de um potência dissipada ao se misturar, por exemplo, as águas de um rio com as do oceano.rio com as do oceano.

Da Termodinâmica, a função de Helmholtz (ou função de Da Termodinâmica, a função de Helmholtz (ou função de energia livre ou função de trabalho) é: energia livre ou função de trabalho) é: F = E – TSF = E – TS..

Daí, Daí, dF = dE – TdS – SdTdF = dE – TdS – SdT, onde , onde TT é a temperatura absoluta, é a temperatura absoluta, EE a energia interna e a energia interna e SS a entropia do sistema. a entropia do sistema.




Por outro lado a relação bem conhecida: Por outro lado a relação bem conhecida: TdS = dE + pdVTdS = dE + pdVonde onde pp é a pressão e é a pressão e VV o volume, que é válida para uma substância o volume, que é válida para uma substância pura, pode ser escrita, para uma mistura,pura, pode ser escrita, para uma mistura,


onde onde μμii é o potencial químico e é o potencial químico e XXii é aé a fração molar da componente fração molar da componente ii da mistura. da mistura. Lembrem-se que ambas são válidas para quaisquer processos, Lembrem-se que ambas são válidas para quaisquer processos, reversíveis ou irreversíveis, pois envolvem apenas propriedades reversíveis ou irreversíveis, pois envolvem apenas propriedades termodinâmicas, que como todos sabem, são funções de ponto.termodinâmicas, que como todos sabem, são funções de ponto.

i

iidXpdVdETdS




Assim, para um processo isotérmico tem-se que:Assim, para um processo isotérmico tem-se que:1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE

Como na ausência de Reações químicas, Como na ausência de Reações químicas, dXdXii =0 =0, a variação de , a variação de Energia livre na mistura, (infelizmente dissipada sob a forma de Energia livre na mistura, (infelizmente dissipada sob a forma de calor, fica, restabelecido o equilíbrio,calor, fica, restabelecido o equilíbrio,

Da Físico-Química, (Ref. 2), as partículas do soluto numa Da Físico-Química, (Ref. 2), as partículas do soluto numa solução obedecem à equação (Van´t Hoff, 1885): solução obedecem à equação (Van´t Hoff, 1885): pV=nRTpV=nRTonde onde pp é a pressão osmótica, é a pressão osmótica, RR a Constante Universal dos Gases e a Constante Universal dos Gases e nn é o número de moles do soluto na solução. é o número de moles do soluto na solução.

ii dXμpdVdF

final

iníciopdVΔF




Da matemática, a função Da matemática, a função ln (1+x)ln (1+x) pode ser escrita, para pode ser escrita, para valores muito menores que 1 como : valores muito menores que 1 como : ln (1+x) ln (1+x) x, x<<1 x, x<<1


Da Química “Em soluções eletrolíticas o soluto está Da Química “Em soluções eletrolíticas o soluto está dissociado em seus íons”. Assim, por exemplo, uma solução 0,01 dissociado em seus íons”. Assim, por exemplo, uma solução 0,01 molar de NaCl contém 0,02M de partículas (moles) (i.e., 0,01M de molar de NaCl contém 0,02M de partículas (moles) (i.e., 0,01M de NaNa++ e 0,01M de Cl e 0,01M de Cl- - ).). Isto posto, considere-se uma massa d’água doce de volume Isto posto, considere-se uma massa d’água doce de volume VV11 que é misturada numa massa muito maior d’água salgada de que é misturada numa massa muito maior d’água salgada de volume volume VV22, concentração , concentração CC22, , VV11/V/V22<<1<<1, ambas as massas numa , ambas as massas numa temperatura temperatura TT. Vale lembrar que . Vale lembrar que nn, o número de partículas do , o número de partículas do soluto pode ser escrito,soluto pode ser escrito,

n=Cn=C22VV22





Então a energia Então a energia WW liberada na mistura daquelas águas pode liberada na mistura daquelas águas pode ser escrita (restabelecido o equilíbrio) usando a equação:ser escrita (restabelecido o equilíbrio) usando a equação:

É interessante observar que o problema pode ser, É interessante observar que o problema pode ser, modus in modus in rebusrebus, imaginado como uma “expansão” das partículas do soluto , imaginado como uma “expansão” das partículas do soluto que no início ocupavam um volume que no início ocupavam um volume VV22 e no final passaram a ocupar e no final passaram a ocupar um volume um volume VV11 + V + V22. O sinal menos mostra que tal energia sai do . O sinal menos mostra que tal energia sai do sistema (calor cedido, convenção clássica na Termodinâmica).sistema (calor cedido, convenção clássica na Termodinâmica). Assim, multiplicando-se e dividindo-se o integrando por Assim, multiplicando-se e dividindo-se o integrando por VV,,

21

2

VV

VpdVFW

21

2

VV

V VdVpVW





e lembrando que e lembrando que pV = nRTpV = nRT

onde onde nn, , RR e e TT são constantes durante o processo. Então: são constantes durante o processo. Então:

Como Como VV11/V/V22<<1<<1, podemos escrever:, podemos escrever:

e a energia liberada fica:e a energia liberada fica:

21

2

21

2

VV

V

VV

V VdVnRTV

dVnRTW

)/VVnRTln(1W 21

2

1VVnRTW

12RTVCW





Daí a potência pode ser inferida (Daí a potência pode ser inferida ( ),),

ondeonde é a vazão volumétrica da água doce. é a vazão volumétrica da água doce.

Suponha-se então que 1mSuponha-se então que 1m33/sec de água se mistura com uma /sec de água se mistura com uma imensa massa de água salgada de salinidade deimensa massa de água salgada de salinidade de (leia-se 35 (leia-se 35 partes por mil) ambas a 20ºC.partes por mil) ambas a 20ºC. Então a potência dissipada no processo pode ser estimada e a Então a potência dissipada no processo pode ser estimada e a partir da equação: partir da equação:

dtdWW

12 VRTCW

1V

000/35

sec11000K293molK

J314,8lmolCW 2

MwC436,2sec/JC10436,2 226





Embora a concentração Embora a concentração CC22 possa ser medida com precisão, é possível estimá-la possa ser medida com precisão, é possível estimá-la considerando-se o Cloreto de Sódio o único sal presente. Assim, tomando-se considerando-se o Cloreto de Sódio o único sal presente. Assim, tomando-se 1,02g/cm1,02g/cm33 para a densidade da solução, e como significam que em 1kg da para a densidade da solução, e como significam que em 1kg da solução existem 35g de NaCl de Massa Molecular, 23 + 35,5 = 58,5g/mol, então tal solução existem 35g de NaCl de Massa Molecular, 23 + 35,5 = 58,5g/mol, então tal solução tem a molaridade de (35g/kg x 1,02kg/l)/58,5g/mol = 0,61 mol/l. Porém, solução tem a molaridade de (35g/kg x 1,02kg/l)/58,5g/mol = 0,61 mol/l. Porém, como (mencionado anteriormente), existem 0,61 x 2 mol/l de partículas, i.e., 1,22 como (mencionado anteriormente), existem 0,61 x 2 mol/l de partículas, i.e., 1,22 mol/l (0,61 M de Namol/l (0,61 M de Na++ e 0,61 M de Cl e 0,61 M de Cl --). Daí, tomando-se ). Daí, tomando-se CC22 = 1,22mol/l = 1,22mol/l encontra-se encontra-se W = 2,97 MegawattsW = 2,97 Megawatts liberados para cada m liberados para cada m33/sec de água doce que se mistura na /sec de água doce que se mistura na solução de NaCl de solução de NaCl de ambos à 20°C. ambos à 20°C.

Por outro lado sabe-se que a pressão osmótica medida da água do mar Por outro lado sabe-se que a pressão osmótica medida da água do mar a 20ºC é de 24,52atm (o uso da concentração estimada a cima na equação a 20ºC é de 24,52atm (o uso da concentração estimada a cima na equação pV=nRTpV=nRT forneceria p = 1,22 mol/l x 0,08205 atm-l/molK x 293K x 29,33 atm) o que forneceria p = 1,22 mol/l x 0,08205 atm-l/molK x 293K x 29,33 atm) o que corresponde a uma concentração efetiva de 1,019mol/l. Isto equivale a dizer que a corresponde a uma concentração efetiva de 1,019mol/l. Isto equivale a dizer que a água do mar se comporta osmoticamente como se contivesse cerca de 1 mol de água do mar se comporta osmoticamente como se contivesse cerca de 1 mol de partículas por litro.partículas por litro.

000/35

000/35

000/35





A Tabela abaixo mostra a vazão dos principais rios do mundo e A Tabela abaixo mostra a vazão dos principais rios do mundo e seu potencial energético sob o presente ponto de vista:seu potencial energético sob o presente ponto de vista:

Tabela - Potencial Osmótico dos Rios.Tabela - Potencial Osmótico dos Rios.

RIOSRIOS VAZÃO (mVAZÃO (m33/seg)/seg) POTÊNCIA (Gw)POTÊNCIA (Gw)Totalidade dos riosTotalidade dos rios 1,1 x 101,1 x 1066 26002600AmazonasAmazonas 2,0 x 102,0 x 1055 470470La Plata-ParanáLa Plata-Paraná 8,0 x 108,0 x 1044 190190CongoCongo 5,7 x 105,7 x 1044 130130YangtseYangtse 2,2 x 102,2 x 1044 5252GangesGanges 2,0 x 102,0 x 1044 4747MississipiMississipi 1,8 x 101,8 x 1044 4242





Esse surpreendente potencial energético (aliás o segundo maior do Oceano, só Esse surpreendente potencial energético (aliás o segundo maior do Oceano, só perdendo para o Gradiente Térmico) é baseado no fenômeno da Osmose, cujo perdendo para o Gradiente Térmico) é baseado no fenômeno da Osmose, cujo mecanismo foi observado à partir do final do século XVIII.mecanismo foi observado à partir do final do século XVIII.

A Osmose é uma propriedade das soluções que se relaciona com a difusão das A Osmose é uma propriedade das soluções que se relaciona com a difusão das moléculas do solvente (aqui a água) através de uma barreira que não permite a moléculas do solvente (aqui a água) através de uma barreira que não permite a passagem fácil das partículas do soluto. Barreiras permeáveis à uma substância passagem fácil das partículas do soluto. Barreiras permeáveis à uma substância mas não à outra são chamadas de semipermeáveis. Vale mencionar que todas as mas não à outra são chamadas de semipermeáveis. Vale mencionar que todas as membranas envolvendo as células dos organismos vivos exibem permeabilidade à membranas envolvendo as células dos organismos vivos exibem permeabilidade à água (tanto àquela do próprio corpo como em relação àquela do meio externo). A água (tanto àquela do próprio corpo como em relação àquela do meio externo). A água, assim, atravessa a membrana em ambas as direções, mas o fluxo líquido é do água, assim, atravessa a membrana em ambas as direções, mas o fluxo líquido é do lado da solução mais diluída (em soluto) para a solução mais concentrada (em lado da solução mais diluída (em soluto) para a solução mais concentrada (em soluto). Assim o volume da solução que tem mais soluto aumenta. Esta direção soluto). Assim o volume da solução que tem mais soluto aumenta. Esta direção “líquida” do escoamento concorda com a tendência natural das moléculas de “líquida” do escoamento concorda com a tendência natural das moléculas de sofrerem difusão de uma região de mais alta para uma região de mais baixa sofrerem difusão de uma região de mais alta para uma região de mais baixa concentração (aqui, do solvente).concentração (aqui, do solvente).





Por exemplo, considere-se o solvente puro separado de uma solução por Por exemplo, considere-se o solvente puro separado de uma solução por uma membrana semipermeável como sugerido na próxima figura. O solvente uma membrana semipermeável como sugerido na próxima figura. O solvente atravessa a membrana entrando no compartimento da solução e fazendo subir o atravessa a membrana entrando no compartimento da solução e fazendo subir o nível da solução no tubo à esquerda até que a pressão hidrostática da coluna de nível da solução no tubo à esquerda até que a pressão hidrostática da coluna de solução diluída no lado esquerdo seja suficiente para equilibrar a pressão de solução diluída no lado esquerdo seja suficiente para equilibrar a pressão de difusão das moléculas do solvente passando para a solução através da difusão das moléculas do solvente passando para a solução através da membrana (claro que também existe uma pequena migração do solvente da membrana (claro que também existe uma pequena migração do solvente da solução para o compartimento do solvente, apenas o efeito global é do lado do solução para o compartimento do solvente, apenas o efeito global é do lado do solvente para o lado da solução). A pressão hidrostática no equilíbrio, isto é, solvente para o lado da solução). A pressão hidrostática no equilíbrio, isto é, quando as moléculas do solvente estão passando através da membrana em quando as moléculas do solvente estão passando através da membrana em ambas as direções em fluxos iguais, é a pressão osmótica p, da solução.ambas as direções em fluxos iguais, é a pressão osmótica p, da solução.

Para se medir a pressão osmótica não é necessário esperar-se o equilíbrio. Para se medir a pressão osmótica não é necessário esperar-se o equilíbrio. Basta aplicar uma pressão hidrostática com um êmbolo no tubo do lado da Basta aplicar uma pressão hidrostática com um êmbolo no tubo do lado da solução. A pressão necessária para evitar o escoamento para o compartimento solução. A pressão necessária para evitar o escoamento para o compartimento da solução é a pressão da solução, como já mencionadoda solução é a pressão da solução, como já mencionado




A expressão para a determinação da pressão osmótica já foi dada A expressão para a determinação da pressão osmótica já foi dada ((pV=nRTpV=nRT). Como se vê ela depende do número de partículas do soluto ). Como se vê ela depende do número de partículas do soluto (e se são íons ou moléculas) por unidade de volume. A equação (e se são íons ou moléculas) por unidade de volume. A equação também pode ser escrita:também pode ser escrita:


onde onde MM é concentração molar total das partículas do soluto, é concentração molar total das partículas do soluto, RR a a constante universal dos gases, constante universal dos gases, R = 0,08205 atm-l/molKR = 0,08205 atm-l/molK e e TT a a temperatura absoluta em graus Kelvin.temperatura absoluta em graus Kelvin.

MRTp





Osmose e Pressão Osmótica.Osmose e Pressão Osmótica.




1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE A descrição do fenômeno da osmose já sugere de por si uma possível técnica de dessalinização (aliás já empregada) conhecida como osmose reversa, que consiste na aplicação de uma pressão superior à pressão osmótica (que no caso água pura/água do mar é de 24,52 atm aos 20°C) forçando as moléculas do solvente na solução a migrarem em maioria para o lado do solvente puro. E mais, é simples imaginar um esquema onde seria possível retirar-se energia da osmose propriamente dita: Esta idéia existe e ela consistiria em separar numa tubulação a água doce de um rio de uma coluna de água do oceano através de uma membrana semipermeável. Se essa coluna tiver 248,52m de altura, nada acontece, pois isso corresponde à 24,52atm (ambas águas a 20ºC e a água salgada assumida com densidade de1,02g/cm3) que é a pressão osmótica. Entretanto, se a coluna de água salgada tiver, por exemplo, 100m então a água doce passará através da membrana para a água salgada, fazendo-a subir até 248,53m. Esses 248,53m poderão transbordar e em sua queda acionar uma turbina, gerando energia.





Geração de Energia - Osmose.Geração de Energia - Osmose.

Existem outras técnicas para aproveitarmos os gradientes de salinidade entre os Existem outras técnicas para aproveitarmos os gradientes de salinidade entre os oceanos e os corpos de água doce, que não discutiremos aqui pela falta de tempo. oceanos e os corpos de água doce, que não discutiremos aqui pela falta de tempo. Tais são os casos da bombas osmóticas e das baterias dialíticas (entre as quais a Tais são os casos da bombas osmóticas e das baterias dialíticas (entre as quais a célula de concentração eletroquímica.célula de concentração eletroquímica.




1.4 - A ENERGIA DAS MARÉS1.4 - A ENERGIA DAS MARÉS

Como sugerido no início, apenas Como sugerido no início, apenas 2,7 x 102,7 x 106 6 MWMW correspondem ao correspondem ao potencial energético das marés (cabendo somente potencial energético das marés (cabendo somente 1,8 x 101,8 x 106 6 MWMW às Marés às Marés Oceânicas), um valor baixo para uma fonte que é explorada na Europa Oceânicas), um valor baixo para uma fonte que é explorada na Europa desde o século XI (para uso em moinhos, bombas e serrarias) e que, ainda desde o século XI (para uso em moinhos, bombas e serrarias) e que, ainda hoje, é a única energia do mar efetivamente utilizada (sob o ponto de vista hoje, é a única energia do mar efetivamente utilizada (sob o ponto de vista industrial), como é o caso da usina de Rance (França) com industrial), como é o caso da usina de Rance (França) com 240MWe240MWe, e as , e as das baías Kislaya e Lumbovskii (ex-URSS), a última de das baías Kislaya e Lumbovskii (ex-URSS), a última de 320MWe320MWe, além de , além de estudos e projetos envolvendo, no Canadá, (baía Copequid) uma usina estudos e projetos envolvendo, no Canadá, (baía Copequid) uma usina maremotriz de maremotriz de 2500MWe2500MWe e nos EUA (Passamaquoddy), de e nos EUA (Passamaquoddy), de 1000MWe1000MWe..

De fato, a maré é um fenômeno muito bem estudado e de previsão De fato, a maré é um fenômeno muito bem estudado e de previsão bastante precisa.bastante precisa.





Como se sabe, ela consiste no movimento de elevação e abaixamento da superfície Como se sabe, ela consiste no movimento de elevação e abaixamento da superfície do mar, assinalável principalmente junto à costa: o nível se eleva durante cerca de 6,21 do mar, assinalável principalmente junto à costa: o nível se eleva durante cerca de 6,21 horas até um máximo – a preamar – baixando em seguida, após uma pequena pausa, horas até um máximo – a preamar – baixando em seguida, após uma pequena pausa, durante aproximadamente 6,21 horas, até um mínimo – a baixa-mar – o fenômeno se durante aproximadamente 6,21 horas, até um mínimo – a baixa-mar – o fenômeno se repetindo sempre (aliás isto não é em todos os lugares há pontos onde o evento não é repetindo sempre (aliás isto não é em todos os lugares há pontos onde o evento não é diuturno). A influência da Lua (diária) se torna óbvia ao se notar que o duplo período (2 x diuturno). A influência da Lua (diária) se torna óbvia ao se notar que o duplo período (2 x 6,21 x 2), 24,84 hr coincide com o tempo de uma rotação (período) da Lua em torno da 6,21 x 2), 24,84 hr coincide com o tempo de uma rotação (período) da Lua em torno da Terra. Além disso, é fácil se verificar que a preamar ocorre (como também a baixa-mar) Terra. Além disso, é fácil se verificar que a preamar ocorre (como também a baixa-mar) pouco depois da passagem meridiana da Lua (maior altura atingida pela Lua no céu). Mas pouco depois da passagem meridiana da Lua (maior altura atingida pela Lua no céu). Mas se a dupla pulsação diária mantém seu ritmo bem aproximadamente, a amplitude varia se a dupla pulsação diária mantém seu ritmo bem aproximadamente, a amplitude varia num ciclo ligado às fases da Lua: As maiores amplitudes ocorrem alguns dias após a Lua num ciclo ligado às fases da Lua: As maiores amplitudes ocorrem alguns dias após a Lua Nova (quando o Sol e a Lua estão alinhados com a Terra); a seguir as amplitudes vão Nova (quando o Sol e a Lua estão alinhados com a Terra); a seguir as amplitudes vão diminuindo até passar por um mínimo, que ocorre alguns dias após o Quarto Crescente diminuindo até passar por um mínimo, que ocorre alguns dias após o Quarto Crescente (Sol e Lua a 90º), sobem de novo até Lua Cheia (Sol e Lua novamente alinhados com a (Sol e Lua a 90º), sobem de novo até Lua Cheia (Sol e Lua novamente alinhados com a Terra), para depois caírem até o Quarto Minguante, o ciclo todo ocorrendo em 29,54 dias Terra), para depois caírem até o Quarto Minguante, o ciclo todo ocorrendo em 29,54 dias (i.e., o mês lunar). No decorrer do ano as amplitudes máximas atingem seus maiores (i.e., o mês lunar). No decorrer do ano as amplitudes máximas atingem seus maiores valores quando o Sol e a Lua estão mais próximos da Terra.valores quando o Sol e a Lua estão mais próximos da Terra.





Marés - Variação semidiurna.Marés - Variação semidiurna.





Marés - Variação Mensal.Marés - Variação Mensal.




AconteceAcontece que a maré varia de maneira muito mais espetacular dependendo da localidade. Assim é que tem-se, entre outros:


LOCALLOCAL AMPLITUDEAMPLITUDE[1][1] (m) (m)Canal de Bristol (Inglaterra)Canal de Bristol (Inglaterra) 16,3016,30Estreito de Davis (CanadEstreito de Davis (Canadáá)) 15,2515,25Ilha Chausey (FranIlha Chausey (Françça)a) 14,1014,10Puerto Gallegos (Argentina)Puerto Gallegos (Argentina) 12,7012,70Ilha MaracIlha Maracáá (Brasil) (Brasil) 9,609,60IgarapIgarapéé do Inferno (Brasil) do Inferno (Brasil) 9,609,60Porto de Itaqui (Brasil)Porto de Itaqui (Brasil) 6,806,80

[1] Nas Tábuas de Marés brasileiras a amplitude citada pode ser considerada como a média Nas Tábuas de Marés brasileiras a amplitude citada pode ser considerada como a média das máximas (Ref. 1).das máximas (Ref. 1).




1.4 - A ENERGIA DAS MARÉS1.4 - A ENERGIA DAS MARÉS Apesar da extrema e incessante variação, a maré, num dado local, exibe Apesar da extrema e incessante variação, a maré, num dado local, exibe alguma regularidade. Por exemplo, em Itaqui (Maranhão), em 1975, as maiores alguma regularidade. Por exemplo, em Itaqui (Maranhão), em 1975, as maiores ascenções (em 6h 12min) ocorreram antes das preamares, de 07:00hs às 09:00hs e ascenções (em 6h 12min) ocorreram antes das preamares, de 07:00hs às 09:00hs e de 19:00hs às 21:00hs, de mais de 4,6m até 7,3m, e as maiores descidas (em 6h de 19:00hs às 21:00hs, de mais de 4,6m até 7,3m, e as maiores descidas (em 6h 12min), da mesma ordem de grandeza, antes das baixa-mares, de 01:00hs às 12min), da mesma ordem de grandeza, antes das baixa-mares, de 01:00hs às 03:00hs e de 13:00hs às 15:00hs – Como não existem grandes diferenças de um ano 03:00hs e de 13:00hs às 15:00hs – Como não existem grandes diferenças de um ano para outro pode-se assim saber, a priori, os horários de máxima produção de uma para outro pode-se assim saber, a priori, os horários de máxima produção de uma usina maremotriz (não regulada). Sabe-se também a proporção em que ocorrem as usina maremotriz (não regulada). Sabe-se também a proporção em que ocorrem as ascenções e descidas. Vale mencionar que, para os cálculos, admite-se que 60% das ascenções e descidas. Vale mencionar que, para os cálculos, admite-se que 60% das marés têm amplitude média, 20% delas têm amplitude igual a 1,36 vezes a média e marés têm amplitude média, 20% delas têm amplitude igual a 1,36 vezes a média e 20% amplitudes iguais a 0,67 da media.20% amplitudes iguais a 0,67 da media. A técnica de retirada de energia das marés mais empregada é aquela do A técnica de retirada de energia das marés mais empregada é aquela do aproveitamento dos desníveis obtidos represando-se a maré em estuários ou baías de aproveitamento dos desníveis obtidos represando-se a maré em estuários ou baías de entrada estreita. A potência é então função da área represada e do quadrado da entrada estreita. A potência é então função da área represada e do quadrado da amplitude: o trabalho T, realizado pela maré durante o ciclo preamar-baixa-mar, é o amplitude: o trabalho T, realizado pela maré durante o ciclo preamar-baixa-mar, é o produto de peso P da água levantada e abaixada pela maré, pela altura a produto de peso P da água levantada e abaixada pela maré, pela altura a correspondente à elevação do centro de gravidade dessa massa d’água.correspondente à elevação do centro de gravidade dessa massa d’água.





É possível naturalmente explorar-se a maré por exemplo, É possível naturalmente explorar-se a maré por exemplo, através do uso de um flutuante – que sobe e desce com ela - através do uso de um flutuante – que sobe e desce com ela - produzindo o trabalho mecânico. Outro modo: Fazer as produzindo o trabalho mecânico. Outro modo: Fazer as correntes da maré acionarem reatores (vale lembrar que a correntes da maré acionarem reatores (vale lembrar que a entumescência conhecida como maré é o produto da entumescência conhecida como maré é o produto da convergência de correntes chamadas “de maré”.convergência de correntes chamadas “de maré”.

A usina maremotriz de Rance, próxima a Saint-Malo, na A usina maremotriz de Rance, próxima a Saint-Malo, na Mancha, desde 1966 fornece 544 x 10Mancha, desde 1966 fornece 544 x 1066kWh por ano à Eletricité de kWh por ano à Eletricité de France, operando com rendimento global de 25%, ilustra bem o France, operando com rendimento global de 25%, ilustra bem o conceito geral de exploração desse potencial energético.conceito geral de exploração desse potencial energético.





Finalmente é interessante mostrar o balanço anual de Rance:Finalmente é interessante mostrar o balanço anual de Rance:

- Durante os esvaziamentos- Durante os esvaziamentos 537 x 10537 x 1066kWhkWh- Durante os enchimentos- Durante os enchimentos 72 x 1072 x 1066kWhkWh

sub-totalsub-total 609 x 10609 x 1066kWhkWh- Energia de bombeamento- Energia de bombeamento -65 x 10-65 x 1066kWhkWh

TOTALTOTAL 544 x 10544 x 1066kWhkWh

Correspondendo a uma potência média de:Correspondendo a uma potência média de:

Mw62kwMw10hs24

kwh10544 6




1.5 - ENERGIA DAS ONDAS1.5 - ENERGIA DAS ONDAS Embora usada há anos na alimentação de bóias (onde o ar comprimido por Embora usada há anos na alimentação de bóias (onde o ar comprimido por pistões acionados pelo movimento da bóia alimenta um pequeno turbo gerador) pistões acionados pelo movimento da bóia alimenta um pequeno turbo gerador) apenas na ultima década verificou-se um esforço no sentido de se explorar a apenas na ultima década verificou-se um esforço no sentido de se explorar a ENERGIA DAS ONDASENERGIA DAS ONDAS em maior escala, o que vem sendo feito principalmente pela em maior escala, o que vem sendo feito principalmente pela Inglaterra, Japão e E.U.A., seguidos pelo Canadá e Irlanda. As técnicas envolvidas são, Inglaterra, Japão e E.U.A., seguidos pelo Canadá e Irlanda. As técnicas envolvidas são, ou uma ampliação dos processos usados nas bóias de navegação, com engenho sas ou uma ampliação dos processos usados nas bóias de navegação, com engenho sas variações, ou a exploração do movimento de translação das ondas.variações, ou a exploração do movimento de translação das ondas.

Em 1978 a Agência Internacional de Energia (IEA), autorizou, por sugestão do Em 1978 a Agência Internacional de Energia (IEA), autorizou, por sugestão do Governo do Japão, um estudo global da conversão pneumática da energia das ondas Governo do Japão, um estudo global da conversão pneumática da energia das ondas (Projeto Kaimei) no Mar do Japão O Departamento de Energia dos E.U.A. (DOE) (Projeto Kaimei) no Mar do Japão O Departamento de Energia dos E.U.A. (DOE) mantém dezenas de projetos sobre o assunto em seus mais variados aspectos, desde mantém dezenas de projetos sobre o assunto em seus mais variados aspectos, desde o levantamento do potencial das ondas nas costas da Califórnia, Oregon e o levantamento do potencial das ondas nas costas da Califórnia, Oregon e Washington, como no desenvolvimento de Metodologia para avaliar sistemas de Washington, como no desenvolvimento de Metodologia para avaliar sistemas de conversão de energia das ondas sob o ponto de vista de custo x benefício.conversão de energia das ondas sob o ponto de vista de custo x benefício. É interessante notar que as ondas do mar, como a luz e outras ondas É interessante notar que as ondas do mar, como a luz e outras ondas eletromagnéticas, podem ser focalizadas, refratadas, concentradas, sintonizadas, etc.eletromagnéticas, podem ser focalizadas, refratadas, concentradas, sintonizadas, etc.




1.5 - ENERGIA DAS ONDAS1.5 - ENERGIA DAS ONDAS Assim, parece interessante a apresentação das técnicas de conversão de Assim, parece interessante a apresentação das técnicas de conversão de energia das ondas ora em desenvolvimento, com considerações sobre o princípio energia das ondas ora em desenvolvimento, com considerações sobre o princípio básico envolvido e a provável eficiência de extração de energia:básico envolvido e a provável eficiência de extração de energia:

1) Corpos de Arfagem ou Balanço 1) Corpos de Arfagem ou Balanço (Pitching or Rolling Bodies):(Pitching or Rolling Bodies):

- - Princípio BásicoPrincípio Básico:: os movimentos de rotação os movimentos de rotação induzidos pela onda (em torno do eixo de fundeio) induzidos pela onda (em torno do eixo de fundeio) são convertidos em energia elétrica. são convertidos em energia elétrica. O equipamento O equipamento tem arfagem ou rolamento ressonante.tem arfagem ou rolamento ressonante.

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: até 50% dependendo até 50% dependendo do sistema e subsistema de amortecimento. A do sistema e subsistema de amortecimento. A focalização da onda radiante pode aumentar a focalização da onda radiante pode aumentar a eficiência (Efeito Antena).eficiência (Efeito Antena).




1.5 - ENERGIA DAS ONDAS1.5 - ENERGIA DAS ONDAS

2) Corpos de Subida e Descida 2) Corpos de Subida e Descida Vertical (Heaving Bodies):Vertical (Heaving Bodies):

- - Princípio BásicoPrincípio Básico:: um corpo em um corpo em movimento vertical puro (pure heave) movimento vertical puro (pure heave) entra em ressonância com a onda, entra em ressonância com a onda, produzindo movimentos amplificados.produzindo movimentos amplificados.

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: até 50% até 50% dependendo do sistema e subsistema de dependendo do sistema e subsistema de amortecimento. A focalização da onda amortecimento. A focalização da onda radiante pode aumentar a eficiência radiante pode aumentar a eficiência (Efeito Antena).(Efeito Antena).





3) 3) Corpos que batem ou movem pásCorpos que batem ou movem pás::

- - Princípios BásicosPrincípios Básicos:: A)A) A prancha é excitada por uma onda quebrada, retornando A prancha é excitada por uma onda quebrada, retornando logo após a sua posição original. logo após a sua posição original. A rotação excita um geradorA rotação excita um gerador..B)B) A rotação das pás move um gerador.A rotação das pás move um gerador.

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: baixa em ambos os casos.baixa em ambos os casos.

A) Prancha articulada (Flopping board) com peso ou mola; B) Roda de pás.A) Prancha articulada (Flopping board) com peso ou mola; B) Roda de pás.





4) 4) Ligações externas rotativasLigações externas rotativas::

A) Balsas Articuladas; B) Trimarans; C) Braços FlutuantesA) Balsas Articuladas; B) Trimarans; C) Braços Flutuantes..

- - Princípios BásicoPrincípios Básico:: rotação relativa rotação relativa do flutuador excita um pistão do flutuador excita um pistão hidráulico (A) ou um gerador (B) e hidráulico (A) ou um gerador (B) e (C). (C).

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: A) Boa (> 20%) A) Boa (> 20%) B) Boa (> 20%)B) Boa (> 20%) C) Baixa (< 20%) C) Baixa (< 20%)




1.5 - ENERGIA DAS ONDAS1.5 - ENERGIA DAS ONDAS 5) 5) Ressonador de cavidade (tipo Ressonador de cavidade (tipo pneumático) pneumático) ::

- - Princípio BásicoPrincípio Básico:: a onda causa a onda causa ressonância da coluna interna d’água que ressonância da coluna interna d’água que por sua vez excita o ar na câmara. por sua vez excita o ar na câmara. Este ar Este ar excita um sistema turbo-geradorexcita um sistema turbo-gerador . .

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: até 50% se até 50% se sintonizado com a onda. Efeito antena sintonizado com a onda. Efeito antena pode ocorrer, aumentando a eficiência .pode ocorrer, aumentando a eficiência .





6) 6) Focalização da ondaFocalização da onda::

A) Afunilamento das ondas, B) Difração de Freshnel, C) Refração. - - Princípios BásicoPrincípios Básico:: o emprego de qualquer o emprego de qualquer uma das técnicas de focalização concentra a uma das técnicas de focalização concentra a energia das ondas de uma grande distância energia das ondas de uma grande distância entre picos numa região relativamente pequena entre picos numa região relativamente pequena com pouca perda da energia das ondas.com pouca perda da energia das ondas.

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: depende do depende do sistema de conversão usado.sistema de conversão usado.





7) 7) Equipamentos que aproveitam a arrebentação (Surfing Equipamentos que aproveitam a arrebentação (Surfing devices)devices)::

A) Praia artificial e correia transportadora; B) Sistema de ar comprimido..

- - Princípios BásicoPrincípios Básico:: as ondas quebradas na zona de as ondas quebradas na zona de arrebentação (surf) sobre a praia. A subida da água arrebentação (surf) sobre a praia. A subida da água excita uma roda ou correia (A) ou comprime ar (B).excita uma roda ou correia (A) ou comprime ar (B).

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: baixa. baixa.





8) 8) Equipamentos de Pressão:Equipamentos de Pressão:

- - Princípios BásicoPrincípios Básico:: pressões hidrostática e dinâmica variam na passagem de uma onda pressões hidrostática e dinâmica variam na passagem de uma onda causando ou um movimento relativo entre o embolo e um cilindro (A), ou a deformação de uma causando ou um movimento relativo entre o embolo e um cilindro (A), ou a deformação de uma superfície flexível. Em ambos os casos um fluido de trabalho move-se então através de um superfície flexível. Em ambos os casos um fluido de trabalho move-se então através de um conversor de energiaconversor de energia..- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: baixa. baixa.

A) Flutuadores de embolo hidráulico ou pneumático; B) Superfícies fixas deformáveis (secos de ar).).




9) 9) Equipamentos Combinados - Flutuadores de rotação forçada:Equipamentos Combinados - Flutuadores de rotação forçada:1.5 - ENERGIA DAS ONDAS1.5 - ENERGIA DAS ONDAS

- - Princípios BásicoPrincípios Básico:: o corpo roda o corpo roda devido à pressão dinâmica e à devido à pressão dinâmica e à flutuabilidade do “Bico”. flutuabilidade do “Bico”.

- - Eficiência de ExtraçãoEficiência de Extração:: maior maior que 90% em certas condições de que 90% em certas condições de mar .mar .




PROJETO “KAIMEI” -PROJETO “KAIMEI” - Este projeto, executado pelo Japão, Inglaterra e E.U.A. Este projeto, executado pelo Japão, Inglaterra e E.U.A. envolveu o teste de três configurações de turbinas previstas para geração de 200 envolveu o teste de três configurações de turbinas previstas para geração de 200 Volts, 125 Kw. Os sistemas projetados pelo Japão e Inglaterra eram semelhantes, pois Volts, 125 Kw. Os sistemas projetados pelo Japão e Inglaterra eram semelhantes, pois ambos exigiam válvulas retificadoras para garantir o escoamento do ar unidirecional ambos exigiam válvulas retificadoras para garantir o escoamento do ar unidirecional através das turbinas de ar (A) , enquanto o sistema americano era auto retificado através das turbinas de ar (A) , enquanto o sistema americano era auto retificado devido ao emprego de uma turbina de dois estágios em contra-rotação (B).devido ao emprego de uma turbina de dois estágios em contra-rotação (B).





1.6 - ENERGIA DAS CORRENTES1.6 - ENERGIA DAS CORRENTES

Os grandes corpos d’água que envolvem os continentes estão continuamente Os grandes corpos d’água que envolvem os continentes estão continuamente em movimento, conseqüência da ação conjunta de diversos fenômenos, tais como os em movimento, conseqüência da ação conjunta de diversos fenômenos, tais como os ventos, o movimento de rotação da Terra e a ocorrência de gradientes de ventos, o movimento de rotação da Terra e a ocorrência de gradientes de temperatura e salinidade, entre outros.temperatura e salinidade, entre outros.

Embora de pequena velocidade, as características de permanência (correntes Embora de pequena velocidade, as características de permanência (correntes permanentes) e de regularidade (correntes de marés) desses movimentos, permanentes) e de regularidade (correntes de marés) desses movimentos, associadas às grandes massas envolvidas e ao fato de que a densidade da água é associadas às grandes massas envolvidas e ao fato de que a densidade da água é cerca de mil vezes maior que a densidade do ar (nas CNTP), podem tornar a cerca de mil vezes maior que a densidade do ar (nas CNTP), podem tornar a exploração das correntes marinhas até mais tentadora do que a exploração dos exploração das correntes marinhas até mais tentadora do que a exploração dos ventos para a geração de energia.ventos para a geração de energia.

Vale notar que uma corrente marinha (água do mar, densidade Vale notar que uma corrente marinha (água do mar, densidade = 1,026g/cm = 1,026g/cm33) ) se escoando com a velocidade de 2 nse escoando com a velocidade de 2 nóós (~1,03m/sec) conts (~1,03m/sec) contéém 0,56 watts/mm 0,56 watts/m22 ou melhor ou melhor 16/27 (ou 59,26%) daquele valor, isto 16/27 (ou 59,26%) daquele valor, isto éé, 0,33 watts/m, 0,33 watts/m22, respeitado o Limite de Betz. , respeitado o Limite de Betz. Esse fluxo de energia para o ar significaria uma velocidade de 16,66 nEsse fluxo de energia para o ar significaria uma velocidade de 16,66 nóós (8,57m/sec).s (8,57m/sec).




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZ É pertinente notar que os resultados a seguir servem É pertinente notar que os resultados a seguir servem perfeitamente para aperfeitamente para a avaliaçãoavaliação de geradores eólicosde geradores eólicos: :

Como se sabe o fluxo de energia Como se sabe o fluxo de energia JJ (isto é, a energia por unidade de tempo e de (isto é, a energia por unidade de tempo e de área ou a potência por unidade de área) transportada numa massa de fluido de área ou a potência por unidade de área) transportada numa massa de fluido de densidade densidade que se move com uma velocidade que se move com uma velocidade VV pode ser escrita como: pode ser escrita como:

)VVρ21(J 2 , ou seja: 3Vρ2

1J

Assim, uma massa d’água do mar de densidade 1,026g/cm3 se deslocando a 2 nós, transporta:

33

33

3

363

3 seckg87,558sec

m029,1mcm10g

kg10cmg026,12

1J

2

2

3 mkWatt56,0CV

kWatt736,0mkgfCV

751

kgmseckgf

81,91

seckg87,558J




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZ Enquanto que para o ar (a 27ºC, 1atm, densidade de 1,774 kg/mEnquanto que para o ar (a 27ºC, 1atm, densidade de 1,774 kg/m33 ) ) este fluxo só seria obtido com uma velocidade de 8,57 m/sec.este fluxo só seria obtido com uma velocidade de 8,57 m/sec.

Acontece que pode ser facilmente provado que, mesmo em Acontece que pode ser facilmente provado que, mesmo em condições ideais (sem perdas, escoamento incompressível, permanente, condições ideais (sem perdas, escoamento incompressível, permanente, unidimensional), apenas 16/27 (isto é 59,26 %) daquele fluxo de energia unidimensional), apenas 16/27 (isto é 59,26 %) daquele fluxo de energia poderia ser teoricamente retirado daquela massa de fluido em poderia ser teoricamente retirado daquela massa de fluido em movimento.movimento. Assim, considere-se o escoamento acima descrito [i.e, unidimensional, Assim, considere-se o escoamento acima descrito [i.e, unidimensional, entre duas linhas de corrente, permanente, incompressível, sem quaisquer entre duas linhas de corrente, permanente, incompressível, sem quaisquer perdas, (enfim um escoamento ideal), do qual se retira energia através de perdas, (enfim um escoamento ideal), do qual se retira energia através de um disco de atuação (“caixa-preta” que pode conter uma hélice ou um um disco de atuação (“caixa-preta” que pode conter uma hélice ou um moinho de eixo horizontal, i.e, alinhado com o escoamento) ou qualquer moinho de eixo horizontal, i.e, alinhado com o escoamento) ou qualquer dispositivo que tira energia daquele escoamento] como sugerido na Figura dispositivo que tira energia daquele escoamento] como sugerido na Figura a seguir:a seguir:




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZO MAR COMO FONTE DE ENERGIAO MAR COMO FONTE DE ENERGIA



1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZ A potência contida no fluido em 1 é: A potência contida no fluido em 1 é: AVρ2

1JAP 31o

onde onde AA é a área do disco de atuação é a área do disco de atuação..A equação de conservação de massa,A equação de conservação de massa,

m constanteconstante e a conservação da quantidade de movimento, aplicada sobre os volumes de e a conservação da quantidade de movimento, aplicada sobre os volumes de controle 1-4 e 2-3 respectivamente, pode ser escrita,controle 1-4 e 2-3 respectivamente, pode ser escrita,

)PA(P)V(VmF 3241

onde onde FF é a força sobre o disco de atuação. Como é a força sobre o disco de atuação. Como VAρm

3241 PP)VρV(V

A Equação de Bernouilli entre as seções 1 e 2 fica:A Equação de Bernouilli entre as seções 1 e 2 fica:

2ρVp2

ρVp2

22

21

1




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZidem, entre as seções 3 e 4:idem, entre as seções 3 e 4: 2

ρVp2ρVp

24

4

23

3

Como Como p1p1 = = p4p4, essas equações dão:, essas equações dão: )Vρ(V21pp 2

42

132

e tem-se que:e tem-se que: 2VVV 41

Como a “potência útil retirada” do sistema (pela caixa preta, ou seja, Como a “potência útil retirada” do sistema (pela caixa preta, ou seja, pelo disco de atuação) pode ser escrita:pelo disco de atuação) pode ser escrita: FVPu

Então, substituindo-se,Então, substituindo-se, )VA(VρVP 412

u

e daí,, 4)V(V)Vρ(VP 41

241

u

Chamando-se de Chamando-se de rr a razão entre a razão entre PuPu, a potência útil e , a potência útil e PoPo, a potência existente , a potência existente no fluido chegando ao disco de atuação,no fluido chegando ao disco de atuação,

o

uPPr




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZSubstituindoSubstituindo::

]VV

VV2V

VVV

VV2[12

1r

2V)V)(VVV2V(V

2V)V(V)V(Vr

3

1

42

1

4

1

42

1

4

1

4

31

412

4412

13

1

412

41

ChamandoChamando::1

4VV

)(121)22(12

1r 32322

Procurando os extremos de Procurando os extremos de rr,, 03210drd 2




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZ = 1/3 (a outra raiz de (38), = 1/3 (a outra raiz de (38), =-1, não nos interessa); Como =-1, não nos interessa); Como

462drd2

2

0drd2

2

2716rMax

para para = 1/3, i.e, = 1/3, i.e, , então , então = 1/3 corresponde ao MÁXIMO de = 1/3 corresponde ao MÁXIMO de rr..

Substituindo Substituindo = 1/3, obtém-se: = 1/3, obtém-se:

isto é, mesmo no caso ideal (sem perdas) a eficiência máxima de transferência é de 16/27 ou 59,3%!




1.6.1 – Limite de BETZ1.6.1 – Limite de BETZ O resultado anterior é conhecido como o Limite de Betz (embora O resultado anterior é conhecido como o Limite de Betz (embora tenha sido publicado por Lanchester em data anterior ao trabalho de tenha sido publicado por Lanchester em data anterior ao trabalho de Betz.Betz.

Assim é que existem estudos sugerindo o aproveitamento da Assim é que existem estudos sugerindo o aproveitamento da energia das correntes tais como aquele que propõe o emprego de energia das correntes tais como aquele que propõe o emprego de grandes “velas” sobre correias transportadoras para o uso na grandes “velas” sobre correias transportadoras para o uso na corrente do Golfo, próximo a Flórida.corrente do Golfo, próximo a Flórida.

Outra proposta é aquela do aproveitamento da circulação Outra proposta é aquela do aproveitamento da circulação associada ao fenômeno da Ressurgência, embora nos pareça a mais associada ao fenômeno da Ressurgência, embora nos pareça a mais original aquela do emprego de um Gerador Magnetohidrodinâmico original aquela do emprego de um Gerador Magnetohidrodinâmico (MHD) Oceânico que não será descrito e que propõe o aproveitamento (MHD) Oceânico que não será descrito e que propõe o aproveitamento das correntes Geostróficas e de Cromwell para a obtenção de energia.das correntes Geostróficas e de Cromwell para a obtenção de energia.




1.7 - ENERGIA DAS BIOMASSAS1.7 - ENERGIA DAS BIOMASSAS

Como mencionado anteriormente, o potencial energético da Biomassa Como mencionado anteriormente, o potencial energético da Biomassa Marinha, assumindo-se uma eficiência fotossintética global de dois por cento, é Marinha, assumindo-se uma eficiência fotossintética global de dois por cento, é de de 274x10274x1066MWMW..

A exploração da biomassa sob este ponto de vista consiste na obtenção de A exploração da biomassa sob este ponto de vista consiste na obtenção de combustível a partir dessa grande massa de carbohidratos produzidos, por combustível a partir dessa grande massa de carbohidratos produzidos, por fotossíntese, pelas plantas de alta produtividade. Isto normalmente pode ser fotossíntese, pelas plantas de alta produtividade. Isto normalmente pode ser feito por fermentação aeróbica ou anaeróbica, hidrogenação, biofotólise, feito por fermentação aeróbica ou anaeróbica, hidrogenação, biofotólise, incineração, separação, pirôlise, oxidação parcial, reformação a vapor, hidrólise incineração, separação, pirôlise, oxidação parcial, reformação a vapor, hidrólise química ou por enzima, enfim por dezenas de processos que podem produzir, química ou por enzima, enfim por dezenas de processos que podem produzir, dependendo do caso: energia térmica, vapor, energia elétrica, combustíveis dependendo do caso: energia térmica, vapor, energia elétrica, combustíveis sólidos, metano, hidrogênio, gás pobre, metanol, etanol, hidrocarbonetos em sólidos, metano, hidrogênio, gás pobre, metanol, etanol, hidrocarbonetos em geral, etc.geral, etc.

Como 97% da água do mundo é salgada, parece pertinente até mesmo que Como 97% da água do mundo é salgada, parece pertinente até mesmo que se aproveite as plantas marinhas para a obtenção de energia, inclusive com se aproveite as plantas marinhas para a obtenção de energia, inclusive com mais intensidade do que são as plantas terrestresmais intensidade do que são as plantas terrestres atualmente exploradas.atualmente exploradas.





Entretanto, apesar de tudo que foi dito acima, o autor discorda profundamente quanto à Entretanto, apesar de tudo que foi dito acima, o autor discorda profundamente quanto à utilização da biomassa marinha como fonte de energia – por achá-la demasiado nobre – a utilização da biomassa marinha como fonte de energia – por achá-la demasiado nobre – a não ser no caso do uso da mesma como “combustível” para emprego nas “máquinas vivas” não ser no caso do uso da mesma como “combustível” para emprego nas “máquinas vivas” (humana e animal).(humana e animal). Vale a pena citar um exemplo interessante que ocorreu com o autor há alguns anos: Vale a pena citar um exemplo interessante que ocorreu com o autor há alguns anos: Instado a publicar um trabalho num Congresso Internacional a ser realizado em São Paulo e Instado a publicar um trabalho num Congresso Internacional a ser realizado em São Paulo e cujo tema era “Algas: A energia do amanhã” procurou junto aos pesquisadores do Projeto cujo tema era “Algas: A energia do amanhã” procurou junto aos pesquisadores do Projeto Cabo Frio“algas que não servissem para nada” – com a idéia de que talvez pudessem, Cabo Frio“algas que não servissem para nada” – com a idéia de que talvez pudessem, então, ser utilizadas em Biodigestores para a obtenção de Biogás – tendo então recebido então, ser utilizadas em Biodigestores para a obtenção de Biogás – tendo então recebido quantidades de algas “inúteis” – uma certa Enteromorpha sp e outra do gênero Ulva sp. quantidades de algas “inúteis” – uma certa Enteromorpha sp e outra do gênero Ulva sp. Pois bem, os testes foram feitos, o gás obtido e o trabalho escrito (Ref. 2). Entretanto qual Pois bem, os testes foram feitos, o gás obtido e o trabalho escrito (Ref. 2). Entretanto qual não foi sua surpresa quando (felizmente antes de remeter o trabalho para o Congresso), não foi sua surpresa quando (felizmente antes de remeter o trabalho para o Congresso), fazendo hora na sala de uma Algóloga do Projeto Cabo Frio (a melhor do Brasil), folheou um fazendo hora na sala de uma Algóloga do Projeto Cabo Frio (a melhor do Brasil), folheou um livro sobre Algas e descobriu que: 1. A Enteromorpha no Japão (Aonori ou Aonoriko) é seca, livro sobre Algas e descobriu que: 1. A Enteromorpha no Japão (Aonori ou Aonoriko) é seca, moída, e misturada aos alimentos constituindo-se na mais importante fonte de Ferro na moída, e misturada aos alimentos constituindo-se na mais importante fonte de Ferro na alimentação daquele povo - ou seja, modus in rebus - o nosso feijão preto, creio. 2. A Ulva, alimentação daquele povo - ou seja, modus in rebus - o nosso feijão preto, creio. 2. A Ulva, no Japão é consumida regularmente sendo conhecida como Alface-do-Mar (Awasano Japão é consumida regularmente sendo conhecida como Alface-do-Mar (Awasa).).

Esse evento só serviu para reforçar o ponto de vista do autor.Esse evento só serviu para reforçar o ponto de vista do autor.





Há quem proponha a utilização do Kelp Gigante da Califórnia, planta de altíssima Há quem proponha a utilização do Kelp Gigante da Califórnia, planta de altíssima produtividade, da espécie LAMINARIA para cultivo a certa profundidade que, colhida seria produtividade, da espécie LAMINARIA para cultivo a certa profundidade que, colhida seria transformada em Metano (Ref. 1). Acontece que da Laminaria se extrai o ácido algínico, do qual transformada em Metano (Ref. 1). Acontece que da Laminaria se extrai o ácido algínico, do qual se obtém o Alginato de Sódio, cujo vasto emprego vai desde espessante de sorvetes e se obtém o Alginato de Sódio, cujo vasto emprego vai desde espessante de sorvetes e alimentos até lamas explosivas.alimentos até lamas explosivas. Finalmente, dependendo da situação específica é sempre possível o desenvolvimento de Finalmente, dependendo da situação específica é sempre possível o desenvolvimento de um sistema de aproveitamento da biomassa marinha onde o subproduto seja energia. Este é o um sistema de aproveitamento da biomassa marinha onde o subproduto seja energia. Este é o caso, proposto pelo IPqM à FINEP para um Projeto (infelizmente não executado) conjunto com a caso, proposto pelo IPqM à FINEP para um Projeto (infelizmente não executado) conjunto com a PUC/RJ em outubro de 1982 e esquematizado na Figura a seguir: Algas agarófitas (Hypnéia, PUC/RJ em outubro de 1982 e esquematizado na Figura a seguir: Algas agarófitas (Hypnéia, Pterocladia e Gracillaria) cultivadas no Projeto Cabo Frio seriam processadas e o Agar-agar Pterocladia e Gracillaria) cultivadas no Projeto Cabo Frio seriam processadas e o Agar-agar retirado. Os resíduos do processamento seguem para um digestor que é alimentado retirado. Os resíduos do processamento seguem para um digestor que é alimentado principalmente por Baronesa (Aguapé, Mururé, entre outros nomes dados a Eichhornia principalmente por Baronesa (Aguapé, Mururé, entre outros nomes dados a Eichhornia Crassipes sp, hoje no RJ conhecida como GIGOGA), O Material exaurido do Digestor é usado Crassipes sp, hoje no RJ conhecida como GIGOGA), O Material exaurido do Digestor é usado como fertilizante na criação de algas e o biogás, filtrado, alimenta um motor gerador que aciona como fertilizante na criação de algas e o biogás, filtrado, alimenta um motor gerador que aciona a bomba de água salgada, os agitadores dos tanques de algas e alimenta a unidade de a bomba de água salgada, os agitadores dos tanques de algas e alimenta a unidade de processamento de AgarAgar. O COprocessamento de AgarAgar. O CO22 extraído dos gases de Combustão do Motor é borbulhado extraído dos gases de Combustão do Motor é borbulhado nos tanques de Algas (incluindo a área de cultivo de agarófitas). As algas não agarófitas são nos tanques de Algas (incluindo a área de cultivo de agarófitas). As algas não agarófitas são concentradas e utilizadas na criação de filtradores (mexilhões), peixes, artêmias salinas e no concentradas e utilizadas na criação de filtradores (mexilhões), peixes, artêmias salinas e no preparo de alimentação balanceada. O efluente dos tanques após remineralização é lançado de preparo de alimentação balanceada. O efluente dos tanques após remineralização é lançado de volta aos mesmos.volta aos mesmos.




O MAR COMO FONTE DE ENERGIAO MAR COMO FONTE DE ENERGIA1.7 – ENERGIA DAS BIOMASSAS(CONT)1.7 – ENERGIA DAS BIOMASSAS(CONT)

Finalmente é pertinente mencionar outro uso interessante e atual das biomassas aquáticas com implicação indireta na produção de energia limpa. É o caso do emprego de microalgas – cianobactérias tais como a Aphanothece microscópica Nägeli – para a captura de CO2



1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA

Propositadamente não incluída em Tabela, a fusão representa, na opinião do Propositadamente não incluída em Tabela, a fusão representa, na opinião do autor, a liberação final do ser humano para com o problema energético. Aliás, autor, a liberação final do ser humano para com o problema energético. Aliás, sem dúvida nem risco de sofismar ele deve à fusão sua própria existência, pois o sem dúvida nem risco de sofismar ele deve à fusão sua própria existência, pois o sol nada mais é que um enorme forno de fusão termonuclear (não controlada sol nada mais é que um enorme forno de fusão termonuclear (não controlada pelo homem).pelo homem).

Do mesmo modo que uma bomba atômica envolve a fissão não controlada e Do mesmo modo que uma bomba atômica envolve a fissão não controlada e um reator nuclear envolve a fissão controlada, uma bomba de Hidrogênio é fusão um reator nuclear envolve a fissão controlada, uma bomba de Hidrogênio é fusão não controlada, seu controle, que levará ao reator de fusão Termonuclear, sonho não controlada, seu controle, que levará ao reator de fusão Termonuclear, sonho maior dos cientistas neste início de milênio.maior dos cientistas neste início de milênio.

Como se sabe a fissão nuclear envolve a ruptura de núcleo um átomo pesado Como se sabe a fissão nuclear envolve a ruptura de núcleo um átomo pesado (U235 ou Pu239) através de bombardeio de nêutrons, ocorrendo um “defeito de (U235 ou Pu239) através de bombardeio de nêutrons, ocorrendo um “defeito de massa” i.e. a soma das massas obtidas é menor que a massa inicial, esta massa massa” i.e. a soma das massas obtidas é menor que a massa inicial, esta massa “desaparecida” sendo convertida em energia, proporcional ao quadrado da “desaparecida” sendo convertida em energia, proporcional ao quadrado da velocidade da luz, na famosa expressão atribuída a Einstein,velocidade da luz, na famosa expressão atribuída a Einstein, 2mc~E




Na reação de fusão onde átomos mais leves se fundem num mais pesado também ocorre Na reação de fusão onde átomos mais leves se fundem num mais pesado também ocorre o “defeito de massa”, a energia gerada sendo também proporcional à o “defeito de massa”, a energia gerada sendo também proporcional à mcmc22, c, c - - velocidade velocidade da luzda luz. . Acontece que, para que, por exemplo, dois átomos de Deutério se fundam formando um Acontece que, para que, por exemplo, dois átomos de Deutério se fundam formando um átomo de Hélio, mais um nêutron e liberando 3,1x1010 Joules por átomo de átomo de Hélio, mais um nêutron e liberando 3,1x1010 Joules por átomo de HeHe é necessário é necessário trazer tais átomos à distância da ordem de 10-14cm o que equivale ao aquecimento local da trazer tais átomos à distância da ordem de 10-14cm o que equivale ao aquecimento local da ordem de milhões de graus Kelvin. E aí começam os problemas: nessa temperatura as ordem de milhões de graus Kelvin. E aí começam os problemas: nessa temperatura as substâncias envolvidas já há muito são gases (totalmente) ionizados, ou seja, plasmas. substâncias envolvidas já há muito são gases (totalmente) ionizados, ou seja, plasmas. Como obter esse nível de temperatura que “dispare” a fusão? Na bomba de Hidrogênio Como obter esse nível de temperatura que “dispare” a fusão? Na bomba de Hidrogênio clássica, todos sabem, a “espoleta” é uma bomba atômica. E num reator? Outro problema é, clássica, todos sabem, a “espoleta” é uma bomba atômica. E num reator? Outro problema é, como conter este plasma tão aquecido que vaporizaria instantaneamente as paredes de como conter este plasma tão aquecido que vaporizaria instantaneamente as paredes de qualquer recipiente?qualquer recipiente? A primeira parte, uma técnica possível é a da compressão do plasma, outra, a do A primeira parte, uma técnica possível é a da compressão do plasma, outra, a do aquecimento local através do emprego de feixe de Laser ou de associações de Lasers. E a aquecimento local através do emprego de feixe de Laser ou de associações de Lasers. E a contenção do plasma vem sendo tentada através do emprego de campos magnéticos. Assim é contenção do plasma vem sendo tentada através do emprego de campos magnéticos. Assim é que dezenas de diferentes formas de campos magnéticos têm sido testados para verificar até que dezenas de diferentes formas de campos magnéticos têm sido testados para verificar até que ponto eles conseguem conter o plasma quente para uma reação de fusão ser mantida, pois que ponto eles conseguem conter o plasma quente para uma reação de fusão ser mantida, pois ocorrem tipos de instabilidade no plasma que conduzem à sua fuga dessas “garrafas ocorrem tipos de instabilidade no plasma que conduzem à sua fuga dessas “garrafas magnéticas”. Máquinas de espelho magnéticos e Tokamaksmagnéticas”. Máquinas de espelho magnéticos e Tokamaks têm sido as geometrias mais têm sido as geometrias mais promissoras para a contenção magnética do plasma.promissoras para a contenção magnética do plasma.





Compressor Tokamak adiabáticoCompressor Tokamak adiabático..






He24 He2

3

D21T3

1 Li63

As reações envolvidas podem ser escritasAs reações envolvidas podem ser escritas[2]::

[2] - Hélio, com dois prótons e dois nêutrons em seu núcleo;- Hélio, com dois prótons e dois nêutrons em seu núcleo; - Hélio, isótopo, com dois - Hélio, isótopo, com dois prótons e um nêutron em seu núcleo; n – nêutron;prótons e um nêutron em seu núcleo; n – nêutron;

- Deutério, isótopo do Hidrogênio, com um próton e um nêutron em seu núcleo;- Deutério, isótopo do Hidrogênio, com um próton e um nêutron em seu núcleo;

- Trítio, isótopo do Hidrogênio, com um próton e dois nêutrons em seu núcleo;- Trítio, isótopo do Hidrogênio, com um próton e dois nêutrons em seu núcleo; - Lítio.- Lítio.

He)deátomo(porJoules103,1nHeDD 32

1132

21

21

Assim, 1g de Deutério ( Assim, 1g de Deutério ( ) produzirá 7,7x1010 Joules enquanto 1g de Urânio ) produzirá 7,7x1010 Joules enquanto 1g de Urânio 235 (U235) num reator de fissão produz 5,1x1010 Joules.235 (U235) num reator de fissão produz 5,1x1010 Joules.

D21

)Hedeátomo(porJoules1016,9nHeTD 42

1142

31

21

e a obtenção do Trítio: e a obtenção do Trítio: Lítio)degrama(porJoules104,6THenLi 111

342

63

Lítio)degrama(porJoules1021,4He2DLi 1142

21

63





Assim, entre os vários ciclos possíveis de fusão o mais limitado é o de Deutério-Assim, entre os vários ciclos possíveis de fusão o mais limitado é o de Deutério-Trítio porque o Lítio teria que ser explorado para a obtenção do Trítio. Vale dizer que Trítio porque o Lítio teria que ser explorado para a obtenção do Trítio. Vale dizer que as reservas de Lítio conhecidas podem suprir a demanda por mais de um milhão de as reservas de Lítio conhecidas podem suprir a demanda por mais de um milhão de anos (e mais, o solo lunar é rico em Lítio).anos (e mais, o solo lunar é rico em Lítio).

Já o ciclo Deutério-Deutério é o mais abundante. Como 0,015% da água da Terra Já o ciclo Deutério-Deutério é o mais abundante. Como 0,015% da água da Terra não é Hnão é H220 e sim D0 e sim D220 e como o Oceano contém mais de 97% daquela água, ele é a 0 e como o Oceano contém mais de 97% daquela água, ele é a grande reserva de Deutério, representando um potencial de 3,5x1035Joules grande reserva de Deutério, representando um potencial de 3,5x1035Joules (1026Mwh), ou seja, 1012 vezes a reserva total de combustíveis fósseis. É (1026Mwh), ou seja, 1012 vezes a reserva total de combustíveis fósseis. É interessante notar que o Deutério em 1 grama de água do mar representa energia de interessante notar que o Deutério em 1 grama de água do mar representa energia de fusão equivalente a 300 g de gasolina.fusão equivalente a 300 g de gasolina.

Uma extrapolação grosseira prevê a fusão capaz de sustentar as Uma extrapolação grosseira prevê a fusão capaz de sustentar as necessidades energéticas do homem para os próximos 40 milhões de necessidades energéticas do homem para os próximos 40 milhões de anos. E depois? A opinião do autor é a de que, se muito antes disso anos. E depois? A opinião do autor é a de que, se muito antes disso ele não aprender o caminho para as estrelas, aí...ele não aprender o caminho para as estrelas, aí...




““A IMAGINAÇÃO É MAIS IMPORTANTE DO QUE O CONHECIMENTO”A IMAGINAÇÃO É MAIS IMPORTANTE DO QUE O CONHECIMENTO”..

Isto posto, aqui se discute o emprego conjugado da Lagoa Solar com Isto posto, aqui se discute o emprego conjugado da Lagoa Solar com sistema tipo OTEC.sistema tipo OTEC.

Finalmente nossa apresentação é encerrada com a apresentação de uma Finalmente nossa apresentação é encerrada com a apresentação de uma Tabela retirada da revista Science (Vol. 207, nº 442, 18 jan 80, p-266) que Tabela retirada da revista Science (Vol. 207, nº 442, 18 jan 80, p-266) que contem uma estimativa bastante interessante das energias da Natureza.contem uma estimativa bastante interessante das energias da Natureza.

É também pertinente lembrar que invariavelmente a melhor solução é a mais É também pertinente lembrar que invariavelmente a melhor solução é a mais simples e que - também frase de Einstein -simples e que - também frase de Einstein -

““DEUS É POR VEZES SUTIL, MAS NUNCA MALICIOSO”.DEUS É POR VEZES SUTIL, MAS NUNCA MALICIOSO”.

Esta frase, atribuída a A. Einstein, sintetiza bem o espírito de nosso assunto. Esta frase, atribuída a A. Einstein, sintetiza bem o espírito de nosso assunto.

OUTRAS FONTESOUTRAS FONTES




1.9 - 1.9 - EMPREGO CONJUGADO DA ENERGIA EMPREGO CONJUGADO DA ENERGIA SOLAR COM OS GRADIENTES DO OCEANOSOLAR COM OS GRADIENTES DO OCEANO

Os sistemas de OTEC vistos no início de nossa palestra não consideram um fenômeno Os sistemas de OTEC vistos no início de nossa palestra não consideram um fenômeno que ocorre em 0,1% da superfície dos Oceanos e que é também causado pela energia solar que ocorre em 0,1% da superfície dos Oceanos e que é também causado pela energia solar através do vento (através do vento (que nada mais é do que energia solar processadaque nada mais é do que energia solar processada).).

Trata-se da ressurgência, fenômeno causado pela ação combinada da componente de Trata-se da ressurgência, fenômeno causado pela ação combinada da componente de Coriolis da aceleração terrestre com certos ventos, que causa o afastamento das águas Coriolis da aceleração terrestre com certos ventos, que causa o afastamento das águas costeiras, permitindo a subida da água fria, profunda, senão ã superfície, pelo menos a costeiras, permitindo a subida da água fria, profunda, senão ã superfície, pelo menos a menores profundidades. No Brasil, este é o caso de Cabo Frio, onde águas de 12°C vem por menores profundidades. No Brasil, este é o caso de Cabo Frio, onde águas de 12°C vem por vezes à superfície e são quase sempre encontra das a apenas 50m de profundidade (pela Fig. vezes à superfície e são quase sempre encontra das a apenas 50m de profundidade (pela Fig. 1 vê-se que são águas normalmente encontradas a 400m de profundidade1 vê-se que são águas normalmente encontradas a 400m de profundidade).).

As implicações biológicas da presença, na superfície, dessa água profunda e rica em sais As implicações biológicas da presença, na superfície, dessa água profunda e rica em sais nutrientes são enormes e naquela região, mais precisamente no Arraial do Cabo, o Instituto nutrientes são enormes e naquela região, mais precisamente no Arraial do Cabo, o Instituto de Pesquisas da Marinha (IPqM) desenvolveu de 1971 a 1982, com o apoio da FINEP o de Pesquisas da Marinha (IPqM) desenvolveu de 1971 a 1982, com o apoio da FINEP o Programa conhecido como Projeto Cabo Frio, que envolvia atividades em Oceanografia Física, Programa conhecido como Projeto Cabo Frio, que envolvia atividades em Oceanografia Física, Química e Biologia Marinha e que deu origem ao Instituto de Estudos do Mar Alte. Paulo Química e Biologia Marinha e que deu origem ao Instituto de Estudos do Mar Alte. Paulo Moreira.Moreira.





Entretanto, é óbvio que uma região onde a água fria vem à superfície não se presta para Entretanto, é óbvio que uma região onde a água fria vem à superfície não se presta para a construção de um sistema de OTEC. Por outro lado, água fria profunda, ligeiramente a construção de um sistema de OTEC. Por outro lado, água fria profunda, ligeiramente aquecida é de grande interesse para experimentos em aquacultura. Isso levou o IPqM a aquecida é de grande interesse para experimentos em aquacultura. Isso levou o IPqM a projetar uma associação do sistema de OTEC à uma Lagoa Solar (Solar.Pond).projetar uma associação do sistema de OTEC à uma Lagoa Solar (Solar.Pond).

Lagoas solares e seus usos para captura e armazenamento de Energia Solar têm sido, a Lagoas solares e seus usos para captura e armazenamento de Energia Solar têm sido, a partir da concepção de H. Tabor (gradiente de salinidade bloqueando gradiente de partir da concepção de H. Tabor (gradiente de salinidade bloqueando gradiente de temperatura) implementadas nos últimos tempos Imagine-se então o esquema da Figura: o temperatura) implementadas nos últimos tempos Imagine-se então o esquema da Figura: o fluido de trabalho (Amônia) é vaporizado e superaquecido na Lagoa Solar (1-2) seguindo dai fluido de trabalho (Amônia) é vaporizado e superaquecido na Lagoa Solar (1-2) seguindo dai para uma Turbina onde se expande realizando trabalho (2-3) e se condensa (3-4) num para uma Turbina onde se expande realizando trabalho (2-3) e se condensa (3-4) num condensador resfriado pela água fria, de ressurgência, sendo então bombeado (4-1) de volta condensador resfriado pela água fria, de ressurgência, sendo então bombeado (4-1) de volta para a Lagoa Solar, num ciclo Clássico de Rankine com superaquecimento. A água de para a Lagoa Solar, num ciclo Clássico de Rankine com superaquecimento. A água de circulação do condensador, já aquecida é então usada para experimentos em Aquacultura. circulação do condensador, já aquecida é então usada para experimentos em Aquacultura. [Este Projeto foi concebido em 1972 tendo recebido apoio parcial da FINEP: A Lagoa Solar foi [Este Projeto foi concebido em 1972 tendo recebido apoio parcial da FINEP: A Lagoa Solar foi construida e 10000 metros de tubo PVC preto de 1" foram instalados para pré-aquecer a construida e 10000 metros de tubo PVC preto de 1" foram instalados para pré-aquecer a água da Lagoa Solar - aproveitando-se a encosta de um morro voltada para Norte. Em 1981 água da Lagoa Solar - aproveitando-se a encosta de um morro voltada para Norte. Em 1981 ele foi enquadrado no I Plano Nacional de Recursos do Mar, mas infelizmente o financiamento ele foi enquadrado no I Plano Nacional de Recursos do Mar, mas infelizmente o financiamento não foi recebido e nada mais foi feito.não foi recebido e nada mais foi feito.




1.9 - 1.9 - EMPREGO EMPREGO CONJUGADO DA CONJUGADO DA ENERGIA SOLAR ENERGIA SOLAR COM OS COM OS GRADIENTES DO GRADIENTES DO OCEANOOCEANO

Associação OTEC x Lagoa Solar.Associação OTEC x Lagoa Solar.





É interessante mencionar que este projeto, com um pouco de imaginação pode É interessante mencionar que este projeto, com um pouco de imaginação pode muito facilmente ser transposto para outras regiões do Brasil e grandemente muito facilmente ser transposto para outras regiões do Brasil e grandemente ampliado.ampliado.

Um exame da Distribuição dos Gradientes Térmicos do Oceano Brasileiro revela Um exame da Distribuição dos Gradientes Térmicos do Oceano Brasileiro revela a presença de “canyons” de água profunda (fria) próximos à costa, precisamente no a presença de “canyons” de água profunda (fria) próximos à costa, precisamente no Nordeste, onde a Plataforma Continental se torna mais estreita. Isto significa que, a Nordeste, onde a Plataforma Continental se torna mais estreita. Isto significa que, a cerca de 1000m da costa ocorrem profundidades de 800m com água a 4°C. 0 que é cerca de 1000m da costa ocorrem profundidades de 800m com água a 4°C. 0 que é de se esperar, pois a própria circulação marítima anticiclônica (Corrente do Brasil) de se esperar, pois a própria circulação marítima anticiclônica (Corrente do Brasil) exige a subida junto ao talude, das isotermas profundas, mais frias. A extrapolação é exige a subida junto ao talude, das isotermas profundas, mais frias. A extrapolação é óbvia: A costa NE é rica em lagoas. Um corpo d’água seria preparado para servir óbvia: A costa NE é rica em lagoas. Um corpo d’água seria preparado para servir como Lagoa Solar. A usina montada então em terra operaria tendo como fonte como Lagoa Solar. A usina montada então em terra operaria tendo como fonte quente a Lagoa Solar e como fonte fria a água profunda próxima, bombeada dos quente a Lagoa Solar e como fonte fria a água profunda próxima, bombeada dos canyons, que após circular nos condensadores seria, por exemplo, lançada noutras canyons, que após circular nos condensadores seria, por exemplo, lançada noutras lagoas e a implicação biológica é evidentelagoas e a implicação biológica é evidente..





Como já vimos água oceânica de 6°C tem um teor de nitratos de mais de Como já vimos água oceânica de 6°C tem um teor de nitratos de mais de 3030g-at/l (vs água de superfície com cerca de 0.9 g-at/l (vs água de superfície com cerca de 0.9 g-at/l). Este aliás é um fator g-at/l). Este aliás é um fator limitante na produtividade da água de superfície.limitante na produtividade da água de superfície.

E mais, como se sabe a lagoa de Mundaú (Al) fornece 70ton-ha/ ano de E mais, como se sabe a lagoa de Mundaú (Al) fornece 70ton-ha/ ano de Sururu (Mitela Falcata) - a maior produtividade do Brasil.Sururu (Mitela Falcata) - a maior produtividade do Brasil.

Por outro lado Moreira da Silva (mostrou através do simples balanço Por outro lado Moreira da Silva (mostrou através do simples balanço energético) que água profunda numa Lagoa rasa (5m) pode viabilizar energético) que água profunda numa Lagoa rasa (5m) pode viabilizar produtividade invejável de até 290 ton-ha/ano de mexilhão (perna-perna), cifra produtividade invejável de até 290 ton-ha/ano de mexilhão (perna-perna), cifra igual às obtidas nas Rias da Espanha.igual às obtidas nas Rias da Espanha.

Uma outra opção, também atraente, é a utilização do kwh elétrico a ser Uma outra opção, também atraente, é a utilização do kwh elétrico a ser gerado em tal usina para a obtenção de água potável na região.gerado em tal usina para a obtenção de água potável na região.




ENERGIA NA NATUREZAENERGIA NA NATUREZA

Finalmente é interessante a apresentação da Tabela publicada Finalmente é interessante a apresentação da Tabela publicada pela Science (vol. 207, nº 442, 18 jan 1980, p.226) que mostra as pela Science (vol. 207, nº 442, 18 jan 1980, p.226) que mostra as estimativas de alguns eventos da natureza sob o ponto de vista da estimativas de alguns eventos da natureza sob o ponto de vista da energia envolvida (liberada ou absorvida - sinal menos) cobrindo um energia envolvida (liberada ou absorvida - sinal menos) cobrindo um espectro bastante amplo, ou seja, do Big Bang (explosão que teria gera espectro bastante amplo, ou seja, do Big Bang (explosão que teria gera do o Universo conhecido - como se sabe as Galáxias se afastam entre si do o Universo conhecido - como se sabe as Galáxias se afastam entre si com velocidade determinada; daí é possível estimar-se o instante da com velocidade determinada; daí é possível estimar-se o instante da explosão e a energia envolvida) ao pulo de uma pulga!explosão e a energia envolvida) ao pulo de uma pulga!




FONTE OU SUMIDOUROFONTE OU SUMIDOURO ENERGIA (ERGS)ENERGIA (ERGS)Big BangBig Bang 10107575

Super NovaSuper Nova 10105050

Hidrogênio do Oceano (Fusão)Hidrogênio do Oceano (Fusão) 10104141

Radiação Solar (1 Ano)Radiação Solar (1 Ano) 10104141

Urânio MarinhoUrânio Marinho 10103333

Insolação sobre a Terra (1 Ano)Insolação sobre a Terra (1 Ano) 10103232

Vento Próximo à Superfície (1 Ano)Vento Próximo à Superfície (1 Ano) 10102929

Gradiente de Salinidade (1 Ano)Gradiente de Salinidade (1 Ano) 10102828

Gradiente Térmico do Oceano (1 Ano)Gradiente Térmico do Oceano (1 Ano) 10102828

Biomassa Marinha (1 Ano)Biomassa Marinha (1 Ano) 10102828

Demanda Energética no Ano 2050Demanda Energética no Ano 2050 10102828

Fluxo Energia das Ondas x 1 AnoFluxo Energia das Ondas x 1 Ano 10102727

Maior Bomba-HMaior Bomba-H 10102424

TsunamiTsunami 10102222

RelâmpagoRelâmpago 10101717

Dieta Humana (1 Dia)Dieta Humana (1 Dia) 10101414

Lata de Fluido de IsqueiroLata de Fluido de Isqueiro 10101313

Cubo de Gelo FundidoCubo de Gelo Fundido -10 -1099

Batida em Máquina de EscreverBatida em Máquina de Escrever 101055

Pulo de uma PulgaPulo de uma Pulga 101000

ESTIMATIVAS EM ESTIMATIVAS EM ORDEM DE ORDEM DE MAGNITUDE DA MAGNITUDE DA ENERGIA ENERGIA ENVOLVIDA EM ENVOLVIDA EM ALGUNS EVENTOS ALGUNS EVENTOS DA NATUREZA:DA NATUREZA: (Ref. Science, Vol. 207, Nº (Ref. Science, Vol. 207, Nº 442, 18 Jan 80, p-266)442, 18 Jan 80, p-266)


a Água do oceano queima ? ou o mar como fonte de energia

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