usinaseletricas
TRANSCRIPT
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
Produção de energia elétrica em larga escala
A produção de energia elétrica em grande escala difere na produção de energia através do dínamo da bicicleta, devido a fonte de energia mecânica que gira a turbina e a dimensão do gerador. Enquanto o dínamo da bicicleta tem a dimensão na escala de centímetros, e a massa cerca de meio quilograma, o gerador de uma usina hidrelétrica tem ordem de 100 000 vezes maior que a um dínamo. Toda a usina elétrica, com a exceção da energia de origem solar, tem um ponto em comum: Produzir energia mecânica que gire as turbinas para produzir a corrente e. De acordo com a fonte de energia mecânica, temos:
1. Usina hidrelétrica A água do rio é represada, para formar um volume consideravelmente grande.
wikipedia.org/
A água represada possui energia potencial gravitacional. Quando a comporta é aberta, a água desce pelo duto convertendo a energia potencial em energia cinética.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
Essa energia cinética é transferida às turbinas, que movimenta o gerador.
M.albergas. sites.uol.com
Gerador é uma máquina rotativa composta de um estator, onde estão localizadas as bobinas de fio e de um rotor elétrico, que vem a ser o núcleo de ferro . Da mesma forma que o movimento das pernas do ciclista gerava energia elétrica através do dínamo, a rotação das turbinas move o rotor, numa frequência de 60 ciclos por segundo (60Hz). No Brasil, as usinas hidrelétricas são as maiores fontes de energia e está em 3º lugar no mundo, após os Estados Unidos e o Canadá. Em termos de impacto ambiental, apesar de alterar o meio ambiente devido a desvio do curso dos rios e do alagamento dos terrenos, ainda é considerada uma energia limpa e renovável, que depende unicamente do volume de chuva.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
2. Usina termoelétrica Usina termoelétrica é uma instalação destinada a converter a energia de um combustível em energia elétrica. O combustível armazenado em tanques (gás natural, carvão ou óleo diesel) é enviado para a usina, para ser queimado e aquece a caldeira, que gera vapor a partir da água que circula por tubos em suas paredes.
O vapor movimenta as pás de uma turbina, ligada diretamente a um gerador de energia elétrica. Esse sistema funciona da mesma forma que a antiga Maria Fumaça, o trem que movia graças ao vapor água que pressionava o pistão. É uma energia não renovável, pois os combustíveis fósseis (carvão, óleo diesel) não são recuperados, uma vez que foram queimados. Além disso, como toda a queima, o produto final é a formação de gás carbônico em grande quantidade, provocando o aquecimento global, devido a aumento de efeito estufa. 3. Usina eólica
A Energia cinética do vento move a hélice, cuja rotação é transmitida para o gerador. É uma energia totalmente limpa e renovável. O barulho dos movimentos da hélice pode causar incômodo para os que habitam na região, por isso, eles ficam afastados e em locais de grande ventilação na maior parte do tempo. Desvantagem: Não há produção de energia quando o vento cessar.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
4. Usina Nuclear È o sistema de geração de energia elétrica através da reação de elementos radioativos.
Certos elementos como o Urânio, quando colocadas no interior do reator, sofre a chamada Fissão Nuclear (processo de divisão dos núcleos), liberando uma grande quantidade de energia em forma de calor.
. /BR. geocities.com
O calor liberado serve para aquecer a água da caldeira e da mesma forma que ocorre com a usina termoelétrica, este valor a alta pressão move a turbina e o gerador elétrico.
Para que se tenha o máximo de aproveitamento, o urânio é tratado previamente, e são chamados de urânio enriquecido.
Na maioria das vezes, o combustível é um composto de dióxido de urânio e está guardado dentro de pastilhas cilíndricas de um cm comprimento.
Este pastelão é depositado no interior de varetas com cerca de 4m de comprimento por 10 cm de diâmetro.
Duas pastilhas são suficientes para produzir o consumo de energia elétrica de uma família de quatro pessoas, durante 1mês.
www.inb.gov.br Varetas guardadas para serem usados.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
È uma energia barata, se considerar em relação à matéria prima, pois.
10g de U235 = 700 kg de óleo diesel = 1200 kg de carvão.
Porém o custo para a sua instalação é muito alto, devido a cuidado que se deve ter para evitar vazamento ou qualquer acidente por meios externos como terremoto ou ciclones.
A contaminação pelo material radioativo causa a morte a curto, médio ou longo prazo, podendo ser uma queimadura, surgimento de câncer o mutação genética.
Chamamos de meia-vida, o tempo que o átomo radioativo reduz a sua massa pela metade.
A meia vida do U235 é de 712 milhões de anos.
5. Energia solar
A energia solar chaga até a superfície terrestre em forma de pacotes (fótons) através de ondas eletromagnéticas.
Esses pacotes de energia podem ser coletados através de placas especiais denominadas painéis solares.
Os painéis contêm células fotoelétricas, constituídas de silício, um material semicondutor.
/www.lunytune.net
Placa de painel fotoelétrico
forumsolar.eu
O silício cristalino e o arsenieto de gálio são os materiais mais frequentemente utilizados na produção de células solares. O cristal de silício é mais econômico.
Quando expostos à luz direta de 1 AU, uma célula de silício de 6 centímetros de diâmetro pode produzir uma corrente de 0,5 ampere a 0,5 volt. O arsenito de gálio é mais eficiente.
Minério de silício www.terraris.com.br
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
O silício pode ser dopado, ou seja, ser acrescentado elétrons ou prótons. Quando o raio solar incide, começa a surgir uma diferença de potencial(ddp) entre as placas, produzindo a corrente elétrica.
As células fotovoltaicas são muito utilizadas em pequenas calculadoras. O uso em grande quantidade, o aproveitamento ainda é pequeno.
È uma energia totalmente limpa e renovável, porém no dia de chuva ou nublado, não há produção de energia.
Energia geotérmica
br.geocities.com/vulcoes
Energia geotérmica é obtida aproveitando o calor do interior da terra.
As usinas são construidas nas proximidades das erupções, fazendo perfuração e injetando água para ser aquecida.
Vapor d’água em alta pressão vi girar a turbina, gerando energia elétrica.
www.energia-renovavel.com
A energia geotérmica é considerada energia do futuro, pois não provoca impacto ambiental como os outros e é totalmente renovável.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
Questões do ENEM
1. A construção de grandes projetos hidroelétricos também deve ser analisada do ponto de vista do regime das águas e de seu ciclo na região. Em relação ao ciclo da água, pode-se argumentar que a construção de grandes represas (A) não causa impactos na região, uma vez que a quantidade total de água da Terra permanece constante. (B) não causa impactos na região, uma vez que a água que alimenta a represa prossegue depois rio abaixo com a mesma vazão e velocidade. (C) aumenta a velocidade dos rios, acelerando o ciclo da água na região. (D) aumenta a evaporação na região da represa, acompanhada também por um aumento local da umidade relativa do ar. (E) diminui a quantidade de água disponível para a realização do ciclo da água O diagrama abaixo representa a energia solar que atinge a Terra e sua utilização na geração de eletricidade. A energia solar é responsável pela manutenção do ciclo da água, pela movimentação do ar, e pelo ciclo do carbono que ocorre através da fotossíntese dos vegetais, da decomposição e da respiração dos seres vivos, além da formação de combustíveis fósseis.
2. De acordo com o diagrama, a humanidade aproveita, na forma de energia elétrica, uma fração da energia recebida como radiação solar, correspondente a:
(A) 4 ×10-9
(B) 2,5 ×10-6
(C) 4 ×10-4
(D) 2,5 ×10-3
(E) 4 ×10-2
3. De acordo com este diagrama, uma das modalidades de produção de energia elétrica envolve combustíveis fósseis. A modalidade de produção, o combustível e a escala de tempo típica associada à formação desse combustível são, respectivamente, (A) hidroelétricas - chuvas - um dia (B) hidroelétricas - aquecimento do solo - um mês (C) termoelétricas - petróleo - 200 anos (D) termoelétricas - aquecimento do solo - 1 milhão de anos (E) termoelétricas - petróleo - 500 milhões de anos
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
4. No diagrama estão representadas as duas modalidades mais comuns de usinas elétricas, as hidroelétricas e as termoelétricas. No Brasil, a construção de usinas hidroelétricas deve ser incentivada porque essas: I. utilizam fontes renováveis, o que não ocorre com as termoelétricas que utilizam fontes que necessitam de bilhões de anos para serem reabastecidas. II. apresentam impacto ambiental nulo, pelo represamento das águas no curso normal dos rios. III. aumentam o índice pluviométrico da região de seca do Nordeste, pelo represamento de águas. Das três afirmações acima, somente (A) I está correta. (B) II está correta. (C) III está correta. (D) I e II estão corretas. (E) II e III estão corretas.
5. Uma estação distribuidora de energia elétrica foi atingida por um raio. Este fato provocou escuridão em uma extensa área. Segundo estatísticas, ocorre em média a cada 10 anos um fato desse tipo. Com base nessa informação, pode-se afirmar que (A) a estação está em funcionamento há no máximo 10 anos. (B) daqui a 10 anos deverá cair outro raio na mesma estação. (C) se a estação já existe há mais de 10 anos, brevemente deverá cair outro raio na mesma. (D) a probabilidade de ocorrência de um raio na estação independe do seu tempo de existência. (E) é impossível a estação existir há mais de 30 anos sem que um raio já a tenha atingido anteriormente. 6. Muitas usinas hidroelétricas estão situadas em barragens. As características de algumas das grandes represas e usinas brasileiras estão apresentadas no quadro abaixo. Usina
Área alagada (km2)
Potência (MW)
Sistema Hidrográfico
Tucuruí 2 430 4 240 Rio Tocantins Sobradinho 4 214 1 050 Rio São Francisco Itaipu 1 350 12 600 Rio Paraná
Ilha Solteira 1 077 3 230 Rio Paraná Furnas 1 450 1 312 Rio Grande Usina A razão entre a área da região alagada por uma represa e a potência produzida pela usina nela instalada é uma das formas de estimar a relação entre o dano e o benefício trazidos por um projeto hidroelétrico. A partir dos dados apresentados no quadro, o projeto que mais onerou o ambiente em termos de área alagada por potência foi (A) Tucuruí. (B) Furnas. (C) Itaipu. (D) Ilha Solteira. (E) Sobradinho. Na figura abaixo está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade.
www.cursinhoemcasa.com Prof. Helena
7 Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina: (A) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. (B) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. (C) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. (D) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. (E) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água. 8 A eficiência de uma usina, do tipo da representada na figura da questão anterior, é da ordem de 0,9, ou seja, 90% da energia da água no início do processo se transforma em energia elétrica. A usina Ji-Paraná, do Estado de Rondônia, tem potência instalada de 512 Milhões de Watt, e a barragem tem altura de aproximadamente 120m. A vazão do rio Ji-Paraná, em litros de água por segundo, deve ser da ordem de: (A) 50 (B) 500 (C) 5.000 (D) 50.000 (E) 500.000 No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas: I. cinética em elétrica II. potencial gravitacional em cinética Analisando o esquema, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre: (A) I- a água no nível h e a turbina, II- o gerador e a torre de distribuição. (B) I- a água no nível h e a turbina, II- a turbina e o gerador. (C) I- a turbina e o gerador, II- a turbina e o gerador. (D) I- a turbina e o gerador, II- a água no nível h e a turbina. (E) I- o gerador e a torre de distribuição, II- a água no nível h e a turbina