o papel da engenharia mecânica nas energias não...

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

O papel da Engenharia Mecânica nas energias não renováveis – A Evolução das Energias não renováveis 1/35

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

O papel da Engenharia Mecânica nas energias não

renováveis

A evolução das energias não renováveis

Projeto FEUP 2014/2015 – Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica:

Armando Sousa Teresa Duarte

Equipa 1M08:

Supervisor: Teresa Duarte Monitor: Sandra Reis

Estudantes & Autores:

André Filipe Veiga Rodrigues Lombo [email protected]

Henrique Miguel Martinho Moreira Carneiro [email protected]

João Paulo Costa Amorim [email protected]

Mário António Morgado dos Santos Pereira [email protected]

mailto:[email protected]






Resumo

O tema abordado neste trabalho é a evolução das energias não renováveis e o papel da

engenharia mecânica nessa evolução, e foi nos proposto no âmbito da unidade curricular

Projeto FEUP, que tem como principal objectivo receber e integrar na comunidade FEUP os

alunos recém chegados. É abordada a história e a evolução das quatro energias não

renováveis (gás natural, carvão, energia nuclear e petróleo), bem como as suas aplicações

nos dias de hoje.

O gás natural é um combustível fóssil com origem na degradação de matéria orgânica

em locais onde não há presença de oxigénio. Começou por ser usado para pequenos

utensílios domésticos, e mais tarde passou a ser uma fonte de calor para habitações e para

aquecimento de água.

O carvão é também um combustível fóssil e pode ser mineral ou vegetal. O carvão

mineral é o produto da fossilização da madeira por ação de microrganismos, da temperatura

e pressão, durante milhares de anos. O carvão vegetal é obtido é obtido a partir da queima

ou carbonização de madeira.

A energia nuclear é uma fonte de energia descoberta no século XX e baseia-se na

criação de energia térmica a partir de reações nucleares de fissão que é transformada em

energia elétrica através de vários processos termodinâmicos.

O petróleo resulta da decomposição, ao longo do tempo, de matéria orgânica - resíduos

vegetais e animais marinhos, entre outros. Esta matéria orgânica vai-se transformando à

medida que é exposta a diferentes pressões e temperaturas, dependendo da profundidade a

que se encontra.

Palavras-Chave

Energias não renováveis; Demanda Energética

Carvão Gás Natural

Energia Nuclear Petróleo

Evolução energética Engenharia Mecânica

Explosão Demográfica Revolução Industrial



Agradecimentos

A nossa equipa não poderia deixar de agradecer a certos membros da comunidade da

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Em primeiro lugar, gostaríamos de agradecer à professora Teresa Margarida Duarte,

que na qualidade de professora supervisora desta unidade curricular através da sua

dedicação nos prestou total auxílio na realização deste projeto. De seguida agradecemos a

total disponibilidade que a nossa monitora, Sandra Reis, demonstrou ao longo da realização

deste trabalho, quer para esclarecimento de dúvidas quer para deixar sugestões, que

esperemos, devidamente aproveitadas contribuíram para a realização de um melhor

trabalho.

Por fim queremos demonstrar todo o nosso apreço a todos os professores palestrantes

que durante toda a semana “FEUP Orienta-te!”, quiseram partilhar o seu conhecimento com

todos os estudantes recém-chegados a esta comunidade, e em especial ao professor

Armando J. Sousa coordenador da unidade curricular “Projeto FEUP”.



Índice

Lista de figuras ............................................................................................................... 5

1. Introdução ................................................................................................................... 6

2. O que é a Engenharia Mecânica ................................................................................. 7

2.1 História da Engenharia Mecânica .......................................................................... 7

3. O que é a Energia? ..................................................................................................... 9

3.1 Fontes de energia renováveis ............................................................................. 10

3.2 Fontes de energia não renováveis ...................................................................... 11

4. Gás Natural .............................................................................................................. 12

4.1 O que é? ............................................................................................................. 12

4.2 Utilidade .............................................................................................................. 12

4.3 História do Gás Natural ....................................................................................... 12

4.4 Exploração .......................................................................................................... 13

5. Carvão ...................................................................................................................... 14

5.1 Tipos de Carvão – Carvão Mineral ou Natural ..................................................... 14

5.2 Tipos de Carvão – Carvão Vegetal ...................................................................... 15

5.3 Revolução Industrial ............................................................................................ 16

5.3.2 Revolução industrial – A grande invenção .................................................... 18

5.4 O carvão na atualidade ....................................................................................... 20

6. Energia Nuclear ........................................................................................................ 21

6.1 Introdução ........................................................................................................... 21

6.2 Processos de transformação ............................................................................... 21

6.3 História e evolução da energia nuclear ................................................................ 22

6.4 Estatística............................................................................................................ 23

7. Petróleo .................................................................................................................... 25

7.1 O que é? ............................................................................................................. 25

7.2 Como é obtido? ................................................................................................... 25

7.3 Vantagens e desvantagens ................................................................................. 28

8. Explosão Populacional – Aumento da procura energética ........................................ 29



9. Conclusões ............................................................................................................... 32

Referências bibliográficas ............................................................................................. 33

Lista de figuras

Figura 1 - Representação Gráfica da Máquina Térmica de Heron 7

Figura 2 - Cerco de Lisboa 1147 Roque Gameiro 7

Figura 3 - Simulação do estado de distribuição de tensões num automóvel em colisão 8

Figura 4 - Lei da Conservação da Energia 9

Figura 5 – Tipos de Energias Renováveis 10

Figura 6 - Central de energia térmica nos açores 10

Figura 7 - Fontes de Energias Não Renováveis 11

Figura 8 - Extração de gás natural por parte dos países em metros cúbicos por ano 13

Figura 9 - Tipos de Carvão 14

Figura 10 - Carvão aceso 15

Figura 11 – Revolução Industrial na Inglaterra 17

Figura 12 - Máquina a vapor de Watt 19

Figura 13 - Barco de transporte de carvão 20

Figura 14 - Número de reatores em funcionamento globalmente 24

Figura 15 - Número de reatores em construção globalmente 24

Figura 16 - Percentagem de energia nuclear usada no mundo 25

Figura 17 - Bomba utilizada na extração de Petróleo em São Mateus 27

Figura 18 - Refinação de alguns derivados do petróleo 28

Figura 19 - A Explosão da Deepwater Horizon 29

Figura 20 – Crescimento manada de renas ( ilha de St. Mathew) 31

Figura 21 – Crescimento da população humana mundial 32



1. Introdução

Este relatório foi realizado, pela equipa nº 1, da turma 1M08, do curso de Mestrado

Integrado em Engenharia Mecânica, no âmbito da unidade curricular Projeto Feup. O tema

proposto foi “O papel da Engenharia Mecânica nas energias não renováveis” e decidiu-se

abordar a evolução das energias como subtema já que a equipa reconheceu a importância

da análise do passado, através da História, como forma de inovar no futuro. Com este

trabalho pretende-se abordar a evolução dos tipos de energia, desde os primórdios da

Humanidade, quando o homem vivia como caçador-coletor, até aos dias de hoje onde o

estilo de vida da sociedade onde nos inserimos, é marcada por um aumento de extracção

de matérias primas e de consumo de energia, muitas vezes não renováveis, para satisfazer

uma necessidade intensa de consumo.

A busca para obter mais energia, e de forma cada vez mais eficiente, torna-se um dos

objetivos mais cobiçados da Engenharia Mecânica. A energia deixou de ser apenas

necessária para a indústria mas, também para a nossa vida diária.

Segundo a página oficial da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, uma

das áreas de atividade da Engenharia Mecânica é a transformação de energia, e é sobre

esta área que o nosso trabalho se vai desenvolver.



Figura 1- Representação Gráfica da Máquina Figura 2 - Cerco de Lisboa 1147 Roque Gameiro [4] Térmica de Heron [3]

2. O que é a Engenharia Mecânica

A Engenharia Mecânica é uma área da engenharia que responde a uma necessidade de

projetar e fabricar tudo, desde pequenas peças e equipamentos (por exemplo, sensores de

microescala e bicos de impressora a jato de tinta) a sistemas de grande porte como naves

espaciais ou maquinaria pesada.[1] A engenharia mecânica preocupa-se também com a

gestão e poupança de energia ou com a criação de novas tecnologias.

2.1 História da Engenharia Mecânica

A história da civilização está intimamente relacionada com a história da engenharia, e é

incontroverso que uma sociedade, com um aceitável nível de vida e conforto, requer um

enorme desenvolvimento tecnológico. [2]

A engenharia mecânica remonta à Grécia e China Antiga, onde mecanismos como

sismógrafos, relógios, tanto solares como de água, e até motores a vapor foram inventados.

Apesar de só no seculo XVIII aparecerem as primeiras máquinas a vapor na Inglaterra,

o primeiro motor a vapor documentado foi inventado no século I D.C. A invenção, conhecida

por Eolípila, do grego Æolipile, ou por Máquina Térmica de Heron (fig. 1) consistia numa

câmara, normalmente uma esfera oca, com tubos curvados, por onde o vapor de água era

expelido.

Já na idade média, enquanto a engenharia civil se dedicava a construir fortalezas e

muralhas de modo a proteger cidades (fig. 2), a engenharia mecânica, entre outras coisas,

construía e melhorava máquinas de guerra com o intuito contrário.

Mais tarde, a Engenharia Mecânica virou analítica com as Leis do Movimento de

Newton e com a invenção do cálculo. [5]



Muitas das primeiras realizações da engenharia mecânica antecederam a teoria, que

desenvolvendo-se posteriormente permitiu explicar os sucessos e insucessos dessas

experiências pioneiras. [2]

No início do século XVIII muitos instrumentos e mecanismos foram criados para

entretenimento da classe social inglesa mais abastada e culta, mas, somente com a

Revolução Industrial é que se começou a substituir a produção manual por uma produção

mais mecanizada. Esta transformação introduziu novos processos de produção do ferro, o

uso da energia a vapor e um grande desenvolvimento das máquinas-ferramentas.

A revolução industrial inglesa trouxe também uma grande mudança na principal fonte de

energia usada, substituindo o uso tradicional da madeira pelo carvão.

Atualmente os engenheiros mecânicos dedicam-se a diversas áreas de atividade desde

a construção e manutenção de equipamentos mecânicos e térmicos, como veículos

automóveis ou máquinas-ferramenta (fig.3), à produção de energia ou desenvolvimento e

aplicação de novos materiais. [6]

Assim o desenvolvimento de ferramentas tem marcado o ritmo do crescimento da

indústria. [7]

Figura 3 - Simulação do estado de distribuição de tensões num automóvel em colisão, por elementos finitos [8]



3. O que é a Energia?

A energia é tudo o que produz ou pode produzir ação, podendo por isso tomar as mais

variadas formas: Energia mecânica, calorífica, gravítica, elétrica, química, magnética,

radiante, nuclear, etc. [9]

De acordo com a Lei da conservação da energia (fig.4), a quantidade total de energia

em um sistema isolado permanece constante. A energia pode então ser transformada, mas

nunca criada ou destruída.

O ser humano necessita de energia para sobreviver e efetua trocas diárias com o meio

ambiente, seja fornecendo energia através dos nossos corpos, ou, recebendo-a de outros

seres vivos ou de outras fontes de energia.

Figura 4 - Lei da Conservação da Energia [10]


O papel da Engenharia Mecânica nas energias não renováveis – A Evolução das Energias não renováveis10/35

Figura 6 – Central de energia térmica nos açores [14]

3.1 Fontes de energia renováveis

Fontes de energia inesgotáveis ou que podem ser repostas a curto ou médio prazo,

espontaneamente ou por intervenção humana (fig.5). [11]

Figura 5 – Tipos de Energias Renováveis [12]

Atualmente, a nova ordem mundial é a busca pela auto-suficiência na geração de

energia, aliada a uma diversificação da matriz energética, ou seja, a procura de por

diferentes fontes de energias alternativas que supram a procura interna dos países (fig.6),

no caso de uma escassez de combustíveis fósseis. [13]



3.2 Fontes de energia não renováveis

Atualmente, a procura de energia assenta fundamentalmente nas fontes de energia não

renováveis, as quais têm tecnologia difundida, mas possuem um elevado impacto ambiental.

[15]

Mas antes de se transformar em calor, movimento ou luz, a energia sofre um percurso

mais ou menos longo de transformação (fig.7), durante o qual uma parte é desperdiçada e a

outra, que chega ao consumidor, nem sempre é devidamente aproveitada.

Figura 7 – Fontes de Energias Não Renováveis [12]



4. Gás Natural

4.1 O que é?

O gás natural tem origem na degradação da matéria orgânica em locais onde não existe

a presença de oxigénio. Para que tal aconteça, esta matéria tem de estar em decomposição

durante milhares de anos e sujeita a pressões e a temperaturas enormes. O gás natural, é

assim, na sua maioria composto por Metano (cerca de 89% (volume)), tendo também Etano

(ca. 7 %) propano (2 %) e dióxido de carbono (2 %). [16]

4.2 Utilidade

O gás natural tem diversas utilidades, entre as quais: ser um combustível, tanto para

automóveis, para fornecer calor a espaços ou água, gerar electricidade ou força motriz.

Além disso pode ser usado como matéria-prima nos setores químico, petroquímico e de

fertilizantes.

4.3 História do Gás Natural

Segundo indicações históricas, o gás natural foi descoberto pelos persas, que o

utilizavam uma fuga de um depósito natural de gás para manter uma chama de adoração a

um deus sempre acesa. Contudo, só depois do século XVIII é que o gás natural começou a

ter um papel relevante para a sociedade. Numa cidade de perto de Nova Iorque, as ruas

começaram a ser iluminadas pelo gás natural, enquanto no resto do mundo “desenvolvido”

se usava o carvão. Foi assim que os EUA começaram a explorar as potencialidades do gás

natural e tentaram fazer secadores de cabelo, ferros de engomar e outros aparelhos

pequenos. No entanto, com o surgimento e a evolução da electricidade, os aparelhos que

funcionavam a gás começaram a ser substituídos.

Quando surgiu o Bico de Bunsen, inventado por Rober Bunsen, que misturava o gás

natural com o ar, foi quando o mundo se apercebeu das potencialidades térmicas desta

matéria. Começou o gás natural a ser então usado para aquecimento de ambientes e de

águas. Nesta altura ainda era escasso o número de gasodutos pelo mundo fora, pois ainda

perdurava a recorrência ao carvão e ao petróleo de maneira que o gás natural só era

aproveitado quando encontrado juntamente com estes. Quando eram encontrados



depósitos de exclusivamente gás natural, estes não eram explorados.

Com o passar da segunda guerra mundial começaram-se a desenvolver as estruturas

de transporte deste combustível. Os avanços tecnológicos consequentes da guerra

permitiram que o avanço na metalurgia e soldadura tornassem muito mais efectivos o

transporte do gás. Com o expandir das infra-estruturas de transporte o gás natural

transformou-se numa das fontes mais importantes da energia eléctrica uma vez que as

centrais de transformação do gás natural em energia apresentam um elevado rendimento

comparativamente a outras fontes de energia.

4.4 Exploração

A exploração é feita em duas fases distintas. A primeira fase é a pesquisa, feita através

de testes sísmicos, para comprovar a existência de estruturas propícias à acumulação de

gás natural, e caso a existência destas estruturas se confirmem inicia-se a segunda fase da

exploração, a perfuração de um poço pioneiro para comprovar a existência do próprio gás

natural (fig.8). Termina-se a fase de exploração com o mapeamento da zona e com o estudo

do possível rendimento económico que a exploração poderá trazer.

Figura 8 - Extração de gás natural por parte dos países em metros cúbicos por ano. [17]



5. Carvão

5.1 Tipos de Carvão – Carvão Mineral ou Natural

Este carvão é produto da fossilização ao longo de milhares de anos da madeira.

Vegetais enterrados sofrem a ação de microrganismos, da temperatura e da pressão, e, ao

longo desse tempo, vão perdendo água, oxigénio, azoto, entre outros componentes, ficando

cada vez mais ricos em carbono, que é o principal elemento do carvão.

Podem ser formados quatro tipos diferentes de carvão (tabela 1):

Tabela 1 – Tipos de Carvão Mineral

A percentagem de carbono nestes

carvões minerais aumenta com a idade

geológica (fig. 9), com a profundidade

das jazidas, com a humidade e com o

poder calorífico.

Tipo de carvão mineral

Percentagem em carbono

Turfa 60%

Lenhite 70%

Hulha 80 a 85%

Antracite 90%

Figura 9 – Tipos de Carvão [18]



5.2 Tipos de Carvão – Carvão Vegetal

Este tipo de carvão é obtido por meio da destilação seca da madeira. Essa destilação dá

origem a três frações, sendo que a fração sólida é o carvão vegetal.

O carvão vegetal é uma das alternativas energéticas ao carvão mineral (fig.10), pois

visto que este último é um combustível fóssil, a sua queima liberta para a atmosfera vários

gases poluentes. O carvão vegetal é um bom combustível porque, para além de ser barato e

abundante, é também renovável. [19]

Um dos problemas gerado pelo consumo do carvão, é quando ocorre a queima deste

mineral (como acontece com os produtos derivados do carbono), ele gera CO2 – que é o

principal causador do efeito estufa e por consequência tem responsabilidade no

aquecimento do planeta, influenciando as diversas alterações climáticas pelas quais vem

passando o planeta terra. [20]

O carvão contém ainda teores elevados de enxofre e a sua combustão provoca o

lançamento na atmosfera de dióxido de enxofre, um dos responsáveis pela chuva ácida, que

provoca graves problemas de poluição no meio ambiente. [21]

Figura 10 – Carvão aceso [22]



5.3 Revolução Industrial

A Revolução Industrial iniciou se na Inglaterra, pois este era o país que reunia as

condições necessárias para um crescimento industrial em larga escala.

Para isto contribuíram vários factores como a grande disponibilidade de matérias-primas

e de mão-de-obra. A supremacia naval inglesa e a monarquia parlamentar, que favorecia a

burguesia, foram também importantes fatores para o início da revolução.

De forma a aumentar a produção e garantir uma margem de lucro crescente, os

empresários impuseram duras condições de trabalho aos operários sem aumentar os

salários. [23]

5.3.1 O carvão na Revolução Industrial

O carvão na Revolução Industrial era tudo, pois sem ele não havia forma de mover as

máquinas a vapor, as caldeiras e outros equipamentos usados naquela altura.

O carvão foi utilizado em grandes quantidades durante a revolução industrial. A indústria

existente antes de 1700 usava na mesma o carvão como principal fonte de energia, sendo

este extraído de minas próximas da superfície onde a sua extração era relativamente fácil.

Com a revolução industrial tudo isto mudou.

Antes da revolução industrial existiam apenas dois tipos de minas de pequena escala de

onde se extraía carvão para uso domestico ou em pequenas fábricas.

Contudo, à medida que os países começaram a sua industrialização, era preciso cada

vez mais carvão que, por sua vez, era utilizado em máquinas a vapor e em fornalhas. Como

resultado, as minas de carvão ficaram cada vez mais profundas e, por consequência, mais

perigosas. Assim que era encontrada uma fonte de carvão, os mineiros começavam a

escavar horizontalmente o que tornava as minas mais perigosas.

Como o transporte de carvão acarretava muitas dificuldades, não só pelo elevado preço,

mas também pelas dificuldades logísticas, cresceram cidades e novas indústrias perto das

minas o que permitia aos operários e aos mineiros deslocarem se com maior facilidade para

o seu local de trabalho (fig. 11).



Aumento da produção de carvão:

1700 : 2.7 milhões de toneladas

1750 : 4.7 milhões de toneladas

1800 : 10 milhões de toneladas



Durante a revolução industrial, as minas de carvão eram um local de trabalho

extremamente perigoso. Numa certa mina, ocorreram 349 mortes, sendo que 58 dessas

mortes corresponderam a crianças com menos de treze anos. [24]

Em 1842, o parlamento britânico publicou um relatório que chocou a nação. Este

relatório informou o público que crianças com idades inferiores a 5 anos trabalhavam nas

minas durante doze horas e também que raparigas mais velhas carregavam baldes de

carvão que eram demasiado pesados e causavam deformidades. [25] Tudo isto levou à

criação do Ato das Minas de 1842.

Este ato ditava que as mulheres não podiam trabalhar mais nas minas e que os rapazes

com menos de 10 anos não podiam ser empregados.

Contudo, não havia cláusulas relativas ao número de horas de trabalho e as inspecções

apenas podiam ocorrer para verificarem o estado dos trabalhadores. [25]

Figura 11 - Revolução Industrial na Inglaterra [26]



5.3.2 Revolução industrial – A grande invenção

Tal como anteriormente referido surgiu na Grécia antiga, a primeira máquina a vapor

documentada, construída com a finalidade de aproveitar a pressão do vapor. Estes

aparelhos inicialmente construídos sem grande aplicação prática foram os impulsionadores

de gigantescas máquinas construídas nos séculos XVIII e XIX que tiveram grande impacto

na evolução tecnológica.

No século XVIII foram desenvolvidas algumas máquinas nas quais o vapor era

condensado por injecção directa de um jacto de água fria no interior do cilindro que se

encontrava a grande pressão interior. Inicialmente, foram desenvolvidos mecanismos de

máquinas de efeito simples nos quais o vapor ao ser admitido no interior do cilindro exercia

forte pressão sobre o êmbolo, fazendo-o mover-se num determinado sentido. A entrada do

vapor era feita através de uma válvula que comunicava com a caldeira onde se encontrava

a água em ebulição. Quando o êmbolo chegava ao fim do seu percurso, no interior do

cilindro, esta válvula era automaticamente fechada injectando-se água fria através de uma

segunda válvula. Verificava-se assim uma diminuição da pressão no interior do cilindro que

obrigava o êmbolo a mover-se em sentido contrário. [27]

Mais tarde foram desenvolvidas máquinas de efeito duplo, em que o vapor entrava

alternadamente de um e de outro lado do êmbolo. Utilizavam-se válvulas que abriam e

fechavam, fazendo admissão do vapor apenas de um dos lados do êmbolo, na outra

injectava-se água fria provocando a condensação do vapor.

Em 1769, James Watt desenvolveu uma nova máquina na qual o vapor era libertado

para a atmosfera através da abertura de uma válvula evitando a desvantagem da

condensação do vapor por acção de um jacto de água fria (fig.12). [27]



A máquina de Watt teve grande êxito, pois além da versatilidade, consumiam três vezes

menos carvão que as iniciais e possuía outras finalidades como propulsão de moinhos e

tornos. A máquina melhorada por Watt foi também usada nos processos de fundição e nas

minas de carvão durante a Revolução Industrial

Foi em 1804 que se testemunhou a viagem inaugural da primeira locomotiva do mundo.

A máquina destinava-se ao transporte mais rápido e eficiente de matérias-primas.

Figura 12 - Máquina a vapor de Watt - Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid [28]



5.4 O carvão na atualidade

Com a evolução das máquinas e o crescimento da indústria automóvel, o carvão e a

sua extração passaram para segundo plano.

Porém, o ciclo mundial do carvão não terminou, a sua extracção continua em

crescimento, mas a sua importância como fonte de energia diminuiu, sobretudo em virtude

dos acelerados crescimentos de produção de outras fontes de energia, como por exemplo

do petróleo e do gás natural, ao longo de todo o século XX. [29]

O carvão, o petróleo e o gás natural são todos combustíveis fósseis, mas com

composição química e propriedades mecânicas e térmicas distintas. Este lento processo de

substituição, do carvão pelos outros, não foi devido à sua escassez mundial mas antes à

qualidade superior dos outros.

Atualmente, a extração do carvão tem como principal objetivo o uso deste nas estações

termoeléctricas (fig.13).

Figura 13 – Barco de transporte de carvão [30]



6. Energia Nuclear

6.1 Introdução

A criação de energia nuclear baseia-se na transformação da energia contida no núcleo

dos átomos, em energia elétrica através de vários processos nucleares e termodinâmicos

realizados numa central nuclear.

A história da energia nuclear começa com as descobertas científicas na Europa, cresce

nos Estados Unidos da América com o desenvolvimento dos equipamentos, e mais tarde

tem uma expansão enorme para o oriente[31].

6.2 Processos de transformação

A principal técnica usada para a obtenção de energia nas centrais nucleares é a reação

de fissão do isótopo raro de Urânio, U-235, em que 1 grama de Urânio produz

aproximadamente a mesma energia do que 3 toneladas de carvão[32].

A fissão dá-se quando neutrões são bombardeados contra os átomos de Urânio e estes

se dividem libertando neutrões que por sua vez vão colidir com outros átomos de Urânio,

provocando uma reação em cadeia. Daí são libertadas grandes quantidades de energia que

serve para aquecer um líquido ou gás dependendo do reator utilizado.

O reator mais comum é o Reator de Água Pressurizada (PWR) (atualmente 60% dos

reatores nucleares são PWR) [31]. Neste reator a água encontra-se livre dentro do reator e

é usada como moderador (controla a velocidade dos neutrões para que ocorra mais

reações) e como líquido refrigerante (para transferir o calor). A energia libertada nas

reações é usada para aquecer a água do reator a elevadas temperaturas, no entanto sem

vaporizar devido às elevadas pressão. Essa água aquecida entra em contacto, no gerador

de vapor, com uma água exterior onde esta, já não estando sujeita a elevadas pressões, é

transformada em vapor. O vapor é então usado para movimentar uma turbina ligada a um

gerador elétrico onde é produzida a energia elétrica.

Para além do PWR existem outros reatores que são bastante utilizados:

* Reator de Água Fervente (BWR);

É o reator mais usado após o PWR (21% dos reatores usados atualmente são

BWR[31]). Ao contrário do reator de água pressurizada, este reator não tem um líquido

secundário pois o vapor de água usado para movimentar a turbina é gerado no próprio



reator quando a água é aquecida pela energia das reações de fissão.

* Reator de gás de elevadas temperaturas;

É um reator em que um gás é usado como refrigerante, ou seja, transporta a energia ao

ser aquecido pela energia proveniente das reações. O carbono é usado como moderador

neste reator.

6.3 História e evolução da energia nuclear

Em 1939 cientistas alemães descobriram o processo de fissão nuclear e Hitler planeava

usar essa descoberta para ter uma vantagem frente aos inimigos. Ordenou então uma

pesquisa sobre o processo de criação de energia a partir de nuclear, com o intuito de

fabricar uma bomba. Porém a perseguição nazi que ocorria nesse tempo obrigou muitos dos

cientistas que estudavam a física nuclear, como Einstein, a abandonar a Alemanha para os

EUA. Aí continuaram as pesquisas, e ao desconfiarem que a Alemanha já tinha descoberto

uma forma de criar a bomba, decidiram informar o governo dos EUA acerca do projeto

alemão. Assim o governo americano decidiu também criar também uma bomba nuclear com

a intenção de a usar em sua defesa. Através do projeto Manhattan, os americanos

conseguiram criar a bomba atómica, e em 1945 usaram-na para pôr fim à Segunda Guerra

Mundial, bombardeando as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki[33].

Após a guerra, a energia nuclear começou a ser usada como uma potencial fonte de energia

para abrir canais e reservatórios de água debaixo de terra. Já no final dos anos 50, a

energia nuclear começou a ser usada eletricidade comercial, com a criação da primeira

central nuclear em Cumberland[34], Inglaterra.

Desde o final da década de 70 até cerca de 2002 a indústria da energia nuclear sofreu um

declínio, porém viria a recuperar devido ao aumento da necessidade de energia elétrica e às

limitações do uso de combustíveis fosseis resultantes da preocupação com o aquecimento

global. Essas razões aliadas aos avanços tecnológicos que permitiram a criação de uma

nova geração de reatores na década de 90, deram origem ao reaparecimento da energia

nuclear como importante fonte de energia pelo mundo. A partir de 2004 vários países

começaram a reanimar a sua indústria nuclear, atualizando antigos ou adquirindo novos

equipamentos[31].

Apesar de inúmeros planos para desenvolvimento e maior utilização da energia nuclear na

Europa, é o oriente, China, Coreia do Sul e Índia que investe mais em energia nuclear[35].



6.4 Estatística

Em 2014 a Power Reactor Information System (PRIS) criou uma base de dados dedicada à

transmissão de informação global relativa a reatores nucleares, em funcionamento, em construção ou

a serem desativados (fig.14, 15 e 16).

Figura 14 – Número de reatores em funcionamento globalmente, 28-08-2014 (IAEA 2014) [36]



Figura 15 – Número de reatores em construção globalmente, 28-08-2014 (IAEA 2014) [36]

Figura 16 – Percentagem de energia nuclear usada como fonte de energia em todo o mundo, 2013 (IAEA 2014) [36]



7. Petróleo

7.1 O que é?

O petróleo é das substâncias mais importantes para a sociedade atual, é considerado

uma fonte de energia não renovável, de origem fóssil e é matéria prima da indústria

petrolífera e petroquímica. O petróleo é também usado como combustível em veículos para

transporte, geração de energia ou como base para a fabricação dos mais variados produtos

como as polímeros plásticos e até mesmo medicamentos. Geralmente é composto por: 14%

de parafinas normais, 30% de parafinas cíclicas, 10% de resinas e asfaltenos, 16% de

parafinas ramificadas e 30% de aromáticos. [37]

O petróleo resulta da decomposição, ao longo do tempo, de matéria orgânica - resíduos

vegetais e animais marinhos, entre outros. Esta matéria orgânica vai-se transformando à

medida que é exposta a diferentes pressões e temperaturas, dependendo da profundidade a

que se encontra. [37]

7.2 Como é obtido?

Há várias fases a percorrer até o petróleo chegar às refinarias onde é mais tarde

transformado em todos os seus derivados.

A primeira fase na obtenção do petróleo é a prospeção.

A prospeção de petróleo envolve um conjunto de etapas de pesquisa de hidrocarbonetos. O

objetivo é encontrar áreas favoráveis à acumulação de petróleo e, para isso, são realizados

diversos estudos.

Um destes estudos envolve a medição dos tempos que as ondas sísmicas levam a

atravessar as camadas sedimentares.

Estes estudos envolvem a geração de ondas de som artificial que se propagam ao longo

das rochas e dos reservatórios sendo depois refletidos para recetores que registam a

informação recebida.



A perfuração é a segunda fase na busca do petróleo, depois da prospeção.

Primeiramente perfura-se um poço - o Poço Pioneiro - usando uma sonda (ou Torre de

Perfuração (fig.17)) que é o equipamento utilizado para perfurar poços. Esse trabalho é feito

através de uma Torre que sustenta a coluna de perfuração, formada por vários tubos. Na

ponta do primeiro tubo encontra-se a broca, que, triturando a rocha, abre o caminho das

camadas subterrâneas[38]. Comprovada a existência de petróleo, outros poços são

perfurados para se avaliar a extensão da jazida. Essa avaliação é que vai determinar se é

comercialmente viável, ou não, produzir o petróleo descoberto. Caso positivo, o número de

poços perfurados forma um Campo de Petróleo.

Figura 17 - Bomba utilizada na extração de Petróleo em São Mateus [39]



Por fim o petróleo bruto é sujeito a um processo de refinação. A refinação do petróleo é

um processo que tira partido dos diferentes pesos, volatilidades e temperaturas de ebulição

dos hidrocarbonetos para os separar, dando origem a produtos intermédios e finais (fig.18).

Figura 18 – Refinação de alguns derivados do petróleo [40]



7.3 Vantagens e desvantagens

O uso de petróleo como fonte de energia tem várias vantagens e desvantagens. O

petróleo é relativamente abundante, é fácil de usar e não são necessárias novas

tecnologias, nem para o obter nem para o usar. Além disso o petróleo é fácil de transportar

na forma líquida. No entanto o seu uso emite dióxido de carbono, um dos gases

provocadores do efeito estufa, contribuindo para o aquecimento global, é uma energia não

renovável e a exploração ou transportação pode dar origem a derrames, extremamente

prejudiciais ao meio ambiente.

No dia 20 de Abril de 2010, a plataforma da petrolífera British Petroleum, “Deepwater

Horizon” explodiu, no golfo do méxico, derramando petróleo para o mar durante quase 3

meses, quando o derrame foi por fim estancado (fig.19).

Figura 19 - A Explosão da Deepwater Horizon – (Associated Press/Gerald Herbert) [41]



8. Explosão Populacional – Aumento da procura energética

O custo da energia limitou o desenvolvimento tecnológico até ao momento em que os

combustíveis fósseis começaram a ser utilizados. Os combustíveis fósseis possuem tanta

capacidade energética que, até quando ineficientemente utilizados, possibilitam aos

investimentos realizados, obter importantes lucros[42]. Esta é uma das grandes vantagens

dos combustíveis fósseis.

A energia abundante e barata proporcionada pelos combustíveis fósseis tornou possível

a exploração de uma variedade incrível de recursos, aumentado a sua capacidade para

explorar recursos já existentes de uma forma mais eficiente. Em particular, o

desenvolvimento da agricultura mecanizada permitiu que se pudessem trabalhar grandes

áreas, produzindo em abundância produtos alimentares, tornando assim possível um

crescimento da população.

Todas as espécies têm tendência a se expandir na medida em que os recursos

disponíveis permitem essa expansão. Quando uma espécie é introduzida num novo habitat

com recursos abundantes, acumulados antes de sua chegada, a população expande-se

rapidamente até todos os recursos serem completamente usados[42]. Esta é um dos

maiores problemas que o nosso planeta enfrenta, escassez de recursos a longo prazo,

devido ao excesso de população, sendo assim importante investir na sustentabilidade do

planeta apostando em tecnologias mais eficientes e energias renováveis.



Um exemplo que caracteriza os mamíferos é dado pela rena da Ilha St. Matthew, no Mar

de Bering (o Klein, 1968) (fig.20). Esta ilha teve um tapete de líquenes de mais de quatro

polegadas [10 cm] de espessura, numa situação em que não existiam renas, até que em

1944 foi introduzida uma manada de 29 animais. Antes de 1957 a população tinha

aumentado para 1.350 animais; e antes de 1963 o seu número era de 6.000. Mas os

líquenes desapareceram entretanto, e ao longo do inverno seguinte a manada morreu. Com

a chegada da primavera, apenas restavam 41 fêmeas e um macho aparentemente

disfuncional. [42]

Figura 20 – Crescimento da manada de renas introduzidas na ilha de St. Mathew Island, Alasca (Klein,1968:352) [43]

Quando os recursos explorados por uma espécie introduzida são organismos vivos,

estes podem-se reproduzir e podem, eventualmente, evoluir no sentido de criar mecanismos

de defesa que proporcionem um equilíbrio entre o predador e a presa[44]. Porém, a camada

arável, os minerais, e os combustíveis fósseis explorados pelos seres humanos não têm

esta capacidade.



A vida evolui no sentido de explorar todas as possibilidades disponíveis e, ao longo da

história da vida, e na medida em que reservatórios crescentemente densos de energia iam

ficando disponíveis, as espécies que utilizaram quantidades crescentes de energia,

evoluíram (fig. 21) [45]. Neste contexto o Homo Sapiens pode ser considerado a espécie

mais consumidora de energia que o mundo já conheceu.

Figura 21 – Crescimento da população humana mundial (Adaptado de Corson, 19920:25) [43]



9. Conclusões

Ao longo da realização deste trabalho para a unidade curricular Projeto FEUP

constatámos que os objetivos da unidade curricular foram atingidos, já que consideramos

que o projeto FEUP nos proporcionou ferramentas para uma integração mais fácil e mais

completa na comunidade FEUP. Não só a realização deste trabalho facilitou as interações

entre os próprios estudantes, mas também nos ajudou a perceber, praticando, que serviços

existem na Faculdade de Engenharia e como podemos usufruir deles.

Com a realização deste trabalho, podemos tirar várias elações relativamente à evolução

das energias não renováveis. O Homem desde sempre procura maneiras de melhorar o seu

estilo de vida. A utilização da energia está em tudo associada à melhoria da qualidade de

vida do Homem. Começando pelo uso do carvão na máquina a vapor que veio revolucionar

a humanidade na medida em que permitiu em larga escala poupar o esforço físico humano,

passando pela utilização do gás natural que nos permitiu evoluir bastante a nível térmico

sendo usado frequentemente em sistemas de aquecimento. O petróleo é sobretudo

transformado em combustível para a maioria dos meios de transporte e motores atuais, e a

energia nuclear que suporta a demanda energética de muitos edifícios a nível mundial.

Ora, a utilização destas energias deve-se em muito à engenharia mecânica que foi

capaz através do desenvolvimento científico, descobrir vários processos que tornaram

seguros, eficazes e rentáveis a exploração/transporte/utilização destas energias/fontes de

energia.

Assim, podemos concluir que a evolução das energias não renováveis se deve em

muito ao ramo da Mecânica que ao longo de vários séculos foi arranjando novas formas de

tornar viável a utilização destas energias.



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