ENERGIA LIMPA

Equipe: Denis Rudolf, Eduardo Ferreira, Gabriel Vargas, João Guilherme, Matheus Venera e Pedro Henrique (2.2.1)

O QUE É ENERGIA LIMPA?

A energia limpa é aquela que não libera gases ou resíduos poluentes em sua produção ou consumo, ou seja, não polui ou polui de maneira desprezível. Existem 5 principais tipos de energia limpa.

Energia Solar

     Como diz o nome, a energia solar é a proveniente do Sol. Para ser captada, são necessários painéis solares de silício formados por células fotovoltaicas, capazes de capturar a energia luminosa e térmica que vem do Sol e convertê-la em energia elétrica ou mecânica, podendo ser utilizada em residências.

     Esse tipo de energia é totalmente limpo, pois é renovável (sua fonte, o Sol, não pode acabar) e não libera agentes poluentes. Além disso, os painéis apresentam vida útil elevada (em torno de 30 anos) e são ideais para locais isolados, pois somente o Sol é necessário para ser produzida energia.

     Porém, há alguns fatores negativos: o rendimento da energia solar ainda é considerado baixo se comparado a métodos mais convencionais; o alto custo dos painéis torna a energia inacessível para a maioria da população mundial (os três países que mais utilizam a energia solar são bastante desenvolvidos: Estados Unidos, Japão e Alemanha); em regiões com muita variação de temperatura ao longo do ano, a produção cai significativamente no inverno, devido à “ausência” do Sol.

     Curiosidades:

- A energia solar começou a ser utilizada em 1959, quando os Estados Unidos mandaram para o espaço satélites que aproveitavam o Sol para gerar energia elétrica.

- O primeiro cientista a descobrir que é possível gerar energia através do Sol foi o francês Antoine César Becquerel (1788-1878), inventor da pilha fotovoltaica, em um experimento que envolvia a luz do Sol, um fio de metal e um copo de água, para gerar eletricidade.

- O inventor dos painéis solares de silício foi o americano Russel Ohl (1898-1987). Até então, as placas eram de selênio, o que prejudicava muito a geração de energia.

- A maior central de geração de energia através do Sol está localizada na Província de Serpa, em Portugal. Tem capacidade máxima de 11 megawatts, energia suficiente para atender uma pequena cidade.

Energia Eólica

     A energia eólica é aquela gerada pelo vento. É produzida por aerogeradores, também conhecidos como turbinas eólicas, que têm forma de cata-vento e são compostas por uma grande hélice ligada a um gerador que produz eletricidade. Localizam-se em lugares abertos e com bastante quantidade de vento.

     É uma maneira de conseguir energia sem agredir o meio-ambiente, além de ter matéria-prima inesgotável. Como a solar, a energia eólica pode ser utilizada em áreas mais isoladas.

     Porém, há uma dependência total do tempo climático, pois a velocidade do vento é variável, e, mesmo já havendo grandes planejamentos de uso desse tipo de energia no futuro, hoje ela é responsável por uma parcela de apenas cerca de 1% da geração mundial. Os aerogeradores alteram paisagens e podem colocar em risco a vida de aves, que podem se chocar contra as hélices.

     Curiosidades:

- Os países que mais geram energia através da velocidade do vento são os EUA, a Alemanha e a China.

- O hábito de utilizar a energia do vento já é antigo, pois caravela e moinhos funcionam à base disso.

- As duas maiores turbinas eólicas do mundo estão localizadas na Alemanha e têm juntas capacidade máxima de geração de 14 megawatts, suficientes para abastecer cerca de 10 mil residências.

Energia das marés

     A obtenção de energia através das marés ocorre da seguinte maneira: é construída uma barragem semelhante a um reservatório junto ao mar; quando a maré sobe, esse reservatório enche, sendo que a água passa por uma turbina ali presente, produzindo energia elétrica. Quando a maré desce, o reservatório esvazia, e a água passa novamente pela turbina, gerando mais energia elétrica.

     A principal vantagem desse meio de obtenção de energia são os baixos impactos ambientais. Também é possível ter uma boa previsibilidade de produção de energia, pois é possível prever as marés.

     Entretanto, há elevados custos de instalação das barragens, além da necessidade de uma alta variação do nível de água com as mudanças das marés (cerca de 5,5m) e uma forte correnteza, tornando difícil a busca por um lugar para a construção. A eficiência também é muito baixa se comparada com a de uma usina hidrelétrica, por exemplo.

     Curiosidades:

- Os países que mais obtêm energia através das marés são a França, Japão, Inglaterra e Estados Unidos. No Brasil, infelizmente a topografia do litoral não contribui para o aproveitamento dessa técnica de obtenção de energia.

- A primeira usina de geração de energia das marés está localizada na Bretanha, na França, e está em funcionamento desde 1966.

Biocombustíveis

     Os biocombustíveis são fontes renováveis de energia provenientes de matéria vegetal ou animal, como cana-de-açúcar, beterraba, semente de girassol, milho, mandioca, soja e até resíduos agrícolas e excrementos de animais. Essa matéria é processada, gerando um óleo, utilizado com fonte de energia. Exemplos de biocombustíveis conhecidos são etanol, biodiesel, biogás e óleo vegetal.

     Os biocombustíveis emitem muito menos gases poluentes do que aqueles que têm origem fóssil. Além disso, reduzem a nossa dependência do petróleo, uma fonte de energia não-renovável que emite muito CO2 e gera tanta polêmica no Oriente Médio. Também são gerados mais empregos na zona rural, para a obtenção de matéria prima.

     Porém, há algumas desvantagens por parte dos biocombustíveis. Os cereais, que são a matéria-prima, poderão aumentar muito de preço caso a população utilize em maior escala esse tipo de combustível. Conseqüentemente, o preço da carne também aumentará, pois os cereais são a ração dos animais. Muitas áreas florestais poderão ser desmatadas para o cultivo, da matéria-prima, e isso prejudicará muito a biodiversidade, por exemplo.

     Curiosidades:

- Foi descoberto na Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos, que a Cannabis sativa, a popular maconha, têm propriedades que a torna capaz de servir de matéria-prima para biocombustíveis.

- A Universidade de Warwick, na Inglaterra, desenvolveu um carro que pode ser movido a chocolate: trata-se do EcoF3, todo desenvolvido à base de material reciclável em conjunto com fibras de plantas e vegetais.

Biogás

     O biogás é um biocombustível que tem como matéria-prima resíduos orgânicos, como esterco de animais, que contêm metano. Esses resíduos passam pelo biodigestor, uma espécie de tanque onde bactérias executarão a fermentação. Assim, será originado o biogás, uma fonte de energia renovável.

     A instalação de biodigestores é muito recomendada em zonas rurais, onde o esterco dos animais acaba gerando energia, utilizada para fins domésticos. Como qualquer biocombustível, ajudará a humanidade a “parar” de depender do petróleo.

     Entretanto, a utilização do biogás em grandes cidades ainda não é uma opção muito boa, pois, devido à capacidade destes seriam necessários milhares para suprir as necessidades de uma população. Devido a isso, é praticamente exclusivo para áreas rurais.

     Curiosidades:

- Várias famílias que vivem em fazendas no Nordeste do Brasil já utilizam os biodigestores para suprir suas necessidades diárias. Inclusive os restos do material fermentado são utilizados para fertilizar o solo (biofertilizantes).

- Em várias pequenas cidades na Índia e na China foram instalados biodigestores. Foi uma forma que os governos encontraram para poupar a natureza e dinheiro.

QUESTÕES DO ENEM

1-Não é nova a idéia de extrair energia dos oceanos aproveitando-se a diferença das marés alta e baixa. Em 1967, os franceses instalaram a primeira usina “maré-motriz”, construindo uma barragem equipada de 24 turbinas, aproveitando-se a potência máxima instalada de 240 MV, suficientes para a demanda de uma cidade de 200 mil habitantes. Aproximadamente 10% da potência total instalada são demandados pelo consumo residencial.

Nessa cidade francesa, aos domingos, quando parcela dos setores industrial e comercial para, a demanda diminui 40%. Assim, a produção de energia correspondente à demanda aos domingos será atingida mantendo-se:

I.                    Todas as turbinas em funcionamento, com 60% da capacidade máxima de produção de cada uma delas.

II.                 A metade das turbinas funcionando em capacidade máxima e o restante com 20% da capacidade máxima.

III.               Quatorze turbinas funcionando em capacidade máxima, uma com 40% da capacidade máxima e as demais desligadas.

Está correta a situação descrita

a)      Apenas em I

b)      Apenas em II

c)      Apenas I e III

d)      Apenas II e III

e)      Em I, II e III

Resolução

Como diz o texto, são suficientes 240 MV para a demanda total da cidade (100%) e há 24 turbinas na usina. Se, para 100% da cidade são necessários 240 MV, precisamos saber o quanto é suficiente aos domingos, em que a demanda diminui 40%, ou seja, é igual a 60%. 60% de 240 MV é o equivalente a 240 : 10 x 6, o que é igual a 144 MV. Assim, sabemos que o resultado ao qual a alternativa precisa chegar é igual a 144 MV.

Se 24 turbinas geram 240 MV, cada uma gera 10 MV. Analisemos então as situações:

I - Todas as turbinas em funcionamento, com 60% da capacidade máxima de produção de cada uma delas.

A capacidade máxima de cada turbina é de 10 MV. 60% disso é igual a 6 MV, o que diz que cada uma das 24 turbinas gera 6 MV. Façamos o cálculo:

24 x 6 = 144 MV à CORRETA

II - A metade das turbinas funcionando em capacidade máxima e o restante com 20% da capacidade máxima.

Doze turbinas gerarão 10 MV cada, enquanto cada uma das outras doze gerará um quinto (20%) de sua capacidade máxima, ou seja, 2 MV. Façamos o cálculo para verificar o total de energia gerada:

(12 x 10) + 12 x (10 : 5) = 120 + 12 x 2 = 120 + 24 = 144 MV à CORRETA

III - Quatorze turbinas funcionando em capacidade máxima, uma com 40% da capacidade máxima e as demais desligadas.

Quatorze turbinas gerarão 10 MV cada, enquanto uma gerará dois quintos (40%) de sua capacidade máxima, ou seja, 4 MV, e o restante das turbinas estará desligado. Vejamos o cálculo:

(14 x 10) + 2 x (10 : 5) = 140 + 2 x 2 = 144 MV à CORRETA

Todas as situações descritas estão corretas, portanto a alternativa correta é a E.

2-A potência da radiação solar sobre o solo de nosso planeta, numa dada região, é diretamente

proporcional à área de exposição do solo à luz solar. Na transposição do rio São Francisco, ao se distribuir a água do seu leito natural para outras regiões, ocorre um aumento na superfície de exposição da água à radiação solar. Assim sendo, deve ocorrer um aumento na taxa de evaporação da água. A fim de se testar essa hipótese, suponha que 1000 litros de água estejam armazenados num recipiente cúbico de 1m de aresta e expostos à radiação solar em determinada região por onde passa o rio São Francisco.

Observa-se que, para o nível da água ser reduzido em 10 cm, ou seja, 100 litros de água, devido exclusivamente à evaporação provocada pela radiação solar, é necessário um intervalo de tempo Δt.

Considere, agora, que esse volume de água seja distribuído, de forma equânime, em outros cinco recipientes cúbicos idênticos, de 1m de aresta. Levando em consideração apenas a radiação que atinge a superfície superior dos recipientes, assinale a alternativa correta.

a)      Para reduzir o nível de água nos recipientes em 10cm, o intervalo de tempo necessário será 5Δt.

b)      Para reduzir o nível de água nos recipientes em 10cm, o intervalo de tempo necessário será Δt/5.

c)      Na segunda situação, para evaporar um total de 100 litros de água dos recipientes, será necessário um intervalo de tempo igual a Δt/5.

d)      Para que toda água dos recipientes seja evaporada, será preciso esperar um intervalo de tempo mínimo de 10Δt.

e)      Para que toda a água dos recipientes seja evaporada, será preciso esperar um intervalo de tempo mínimo de 5Δt.

Resolução:

Temos a seguinte situação:

Como levamos em consideração apenas a radiação que atinge a superfície superior dos recipientes, podemos chegar às seguintes conclusões:

O tempo necessário para reduzir em 10 cm o nível de água do recipiente com 1000 L é o mesmo para reduzir em 10 cm os níveis de cada um dos cinco recipientes com 200 L, pois as superfícies superiores dos recipientes de 200 L têm a mesma área da superfície superior do recipiente de 1000 L (1 m²), o que nos leva a crer que as alternativa A e B são FALSAS.

Também é possível concluir que nesses recipientes são evaporados 100 L de água a cada período de tempo Δt. Assim, para toda a água dos recipientes de 200 L evaporar, será preciso um intervalo de 2Δt, pois há 200 L nos recipientes. Portanto, podemos chegar à conclusão de que as alternativas D e E são FALSAS.

A única alternativa que sobrou foi a C. Comprová-la-emos:

c) Na segunda situação, para evaporar um total de 100 litros de água dos recipientes, será necessário um intervalo de tempo igual a Δt/5.

Como são cinco recipientes, cada um contendo 200 L de água, sendo 100 L evaporados a cada período Δt, então, para serem evaporados um total de 100 L pelos cinco juntos, será necessário um período de tempo Δt/5, pois nesse período, cada um dos recipientes terá evaporado 20 L, totalizando ao todo 100 L de água evaporada.