Dicas para apresentação do seminário. Fontes de Energia

Energia Cinética

Uma das coisas importantes a se lembrar desta expressão é que a energia cinética aumenta com o quadrado da velocidade. Isto significa que um carro que bater a 160 km/h causará 4 vezes mais estrago que um andando a 80 km/h, ou 16 vezes mais que um a 40 km/h, ou 64 vezes mais que um a 20 km/h.Também da definição da energia cinética como a soma "integral" do trabalho realizado em um determinado deslocamento do corpo podemos entender porque uma colisão de veículos causa tanto estrago.

Um veículo andando a 80 km/h por exemplo chegou a esta velocidade devido ao trabalho do motor durante um certo tempo e distância. Ao colidir, toda a energia cinética do veículo deve ser dissipada para que ele volte ao repouso. Na colisão com um poste, por exemplo, a distância que o veículo terá para realizar um trabalho equivalente ao que foi feito para coloca-lo em movimento é significativamente muito menor, alguns centímetros, talvez um metro. Desta forma, as forças envolvidas terão que ser muito maiores, para que o produto força x deslocamento seja igual ao percurso original.
A energia cinética é a energia que o sistema possui em virtude do movimento das partículas que constituem o sistema, em relação ao referencial adotado.Ela depende de sua massa e do módulo de sua velocidade ao quadrado;não depende da direção de sua velocidade porque a energia cinética é uma grandeza escalar. Assim, podemos generalizar dizendo que é a energia que temos quando um determinado corpo está em movimento.
Um outro importante conceito de energia cinética, é quando nos referimos ao trabalho. Consideremos um caminhão que têm a mesma velocidade do carro, mas possui maior massa, maior também será o trabalho realizado, ou seja , maior a energia cinética.

O que é a energia térmica

A energia térmica é uma forma de energia que está associada à temperatura de um corpo sólido, fluído ou gás. De acordo com o modelo microscópico da matéria, todos os corpos macroscópicos são constituídos por átomos ou moléculas. Esses constituintes microscópicos estão em constante movimento, vibração ou rotação, de forma que possuem energia cinética. A energia térmica de um corpo macroscópico corresponde à enercia cinética de seus constituintes microscópicos. À transferência de energia térmica de um sistema termodinâmico a outro se dá o nome de calor.

A energia solar térmica é uma tecnologia que utiliza a energia solar para produzir calor. Nestes termos somos direccionados primeiramente a falar de centrais termo solares eléctricas, que são centrais que produzem electricidade ao converterem energia solar em calor que é conduzido a uma central térmica. Ao contrário de células fotovoltaicas solares, que convertem energia solar directamente para electricidade.

Outro tipo de energia térmica são os colectores termo solares, como os painéis solares de aquecimento de água para uso doméstico ou pequenas industrias. Estes painéis podem ser integrados na arquitectura e no design dos edificios de modo a controlar o aqueciemento e a ventilação tanto em projectos solares activos ou passivos.

Tipos de painéis solares

Um colector solar termal é um colector especificamente destinado a recolher calor: isto é, absorve luz solar para fornecer calor. Embora o termo seja aplicado a simples painéis solares de água quente, é normalmente utilizado para designar as mais complexas instalações. Há vários tipos de colectores térmicos, tais como os de energia solar parabólica, calhas solares e torres solares. Estes tipos de colectores solares são geralmente usados em centrais onde energia térmica solar é usada para gerar eletricidade. O aquecimento da água, produz vapor que faz girar a turbina do gerador electrico produzindo assim energia electrica.

Como a energia elétrica chega a nossas casas?

Ela nasce do movimento dos geradores, passa por estações transformadoras e redes de fio de alta tensão e percorre um longo caminho até chegar às tomadas. 

Definição

A energia elétrica é uma das formas de energia mais utilizadas no mundo. Ela é gerada, principalmente, nas usinas hidrelétricas, usando o potencial energético da água. Porém ela pode ser produzida também em usinas eólicas, termoelétricas, solares, nucleares entre outras.

A energia elétrica é baseada na produção de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos. Estas diferenças possibilitam o estabelecimento de uma corrente elétrica entre estes dois pontos.

A energia elétrica, para chegar ao consumidor final, depende de uma eficiente rede elétrica, composta por fios e torres de transmissão.

Importância 

A energia elétrica é de fundamental importância para o desenvolvimento das sociedades atuais. Ela pode ser convertida para gerar luz, força para movimentar motores e fazer funcionar diversos produtos elétricos e eletrônicos que possuímos em casa (computador, geladeira, microondas, chuveiro, etc).

Como é gerada 

A energia elétrica, produzida através das águas, sol e vento é considerada uma forma de energia limpa, pois apresenta baixos índices de produção de poluentes em todas as fases de produção, distribuição e consumo. Além disso, é uma fonte renovável, pois nunca irá se esgotar como acontecerá um dia com o petróleo.

         

1. Energia Nuclear

Atualmente, com todos os problemas ambientais que se tem vivenciado, torna-se cada vez mais necessário a criação de novas alternativas de geração de energia que causem o mínimo de impacto ambiental negativo possível.

Todo meio de geração de energia possui vantagens e desvantagens. Porém, a energia nuclear, que é o tema deste seminário, vem ganhando cada vez mais importância e sendo cada vez mais utilizada em todo o mundo, pois tem se mostrado uma das fontes energia mais limpas

Energia nuclear é a energia contida do núcleo dos átomos capaz de manter um equilíbrio entre os prótons e os nêutrons ali existentes (já que como prótons possuem a mesma carga, a tendência natural é eles se repelirem). Porém, por meio de uma reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos, esta pode vir a ser liberada. Isto porque alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein – E = mc²), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia.

Essa tecnologia permite aproveitar a energia nuclear liberada por meio destas reações, convertendo o calor emitido na reação em energia elétrica. Isso pode acontecer controladamente em reator nuclear ou descontroladamente em bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

Os pontos principais da energia nuclear são:

• não emissão de gases estufa;
• as usinas necessitam de pouco espaço;
• a eficiência é muito grande, já que é necessária pouca matéria prima para se obter uma grande quantidade de energia;
• permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia.

Tudo começou quando Ernest Rutherford descobriu o núcleo atômico. Desde então ele já havia percebido que a estrutura dos núcleos poderia ser modificada a partir do bombardeamento com partículas rápidas. Logo depois, descobriu-se quais serão tais partículas: os nêutrons.

Mais tarde, Enrico Fermi passou a suspeitar que o núcleo de um átomo ficaria cada vez maior com a adição de nêutrons ao mesmo. Porém, Ida Noddak, foi a primeira a suspeitar que durante o bombardeamento de núcleos com nêutrons, esses poderiam se quebrar em pedaços, que são isótopos de elementos conhecidos: mesmo número de prótons, porém com diferente número de nêutrons.

A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz Straßmann em Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e Otto Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urâniocom nêutrons.

Esta tecnologia vem se aperfeiçoando cada vez mais, provando que pode ser largamente utilizada com riscos de acidente razoavelmente menores e com alta eficiência. Aos poucos, esta pode se tornar, quem sabe, a melhor opção para a geração de energia. Ela já é usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros. A tendência, portanto, é que a energia nuclear ganhe, aos poucos, cada vez mais espaço em todas as partes do globo.

Os grandes benefícios da indústria nuclear não são muito divulgados. A cada dia novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos campos da atividade humana, possibilitando a execução de tarefas impossíveis de serem realizadas pelos meios convencionais. Dentro das áreas beneficiadas, a medicina, a indústria, principalmente a farmacêutica, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas. A grande utilização dessa energia se dá devido à propriedade dos isótopos radioativos, ou radioisótopos, de emitirem radiações, estas radiações podem atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita várias aplicações, tais como:

• na saúde, para diagnosticar doenças, substâncias radioativas são injetadas no corpo humano e são absorvidas por órgãos como os rins e o cérebro. Depois, o paciente é monitorado e as imagens mostram se há problemas nesses órgãos (Radioterapia, Iodo-131);
• a indústria farmacêutica esteriliza com radiação as seringas plásticas, luvas, gaze e outros materiais, eliminando-se microorganismos que poderiam provocar algum tipo de contaminação nos pacientes;
• na pecuária, marcadores radioativos colocados no alimento de animais permitem estudar sua digestão para descobrir quais os melhores alimentos para eles;
• para geração de eletricidade, com as usinas termonucleares, a energia do núcleo dos átimos é usada para aquecer a água e formar vapor que então aciona as turbinas e gera energia elétrica;
• na agricultura, já que irradiar alimentos é uma forma de conservá-los recomendada pela Organização Mundial da Saúde. Elas evitam doenças na cebola, batata e alho, eliminam fungos de morangos e tomates, atrasam o amadurecimento de bananas, evitam insetos em careais e conservam carne, leite e sucos;
• uso bélico, pois com o domínio sobre a energia do átomo também serviu para uso militar, como o desenvolvimento de armamentos, como a bomba atômica. Por meio de tratados internacionais, a ONU, Organização das Nações Unidas, através da Organização Internacional de Energia Atômica, monitora o uso da energia nuclear para fins bélicos.

1.  Processo de Produção de Energia

Na energia nuclear, todo o processo de geração de energia se baseia na energia contida no interior do núcleo dos átomos.

O núcleo é constituído de uma quantidade fixa de prótons, dependendo do elemento, e uma quantidade variável de nêutrons. Elementos com o mesmo número de prótons e diferentes números de nêutrons são chamados isótopos.

Os prótons possuem carga positiva e os nêutrons, não possuem carga. Os últimos servem para “minimizar” a tensão entre os prótons, já que, como estes possuem a mesma carga e se encontram juntos e compactados dentro do núcleo, segundo a física a tendência é eles se repelirem. Isto, porém, não acontece, pois prótons e nêutrons são mantidos juntos no núcleo por forças, até o momento, não totalmente identificadas. A energia que mantêm tais partículas (nucleons) juntas no núcleo é a chamada energia nuclear.

Urânio

O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível nuclear, porque pode substituir o óleo ou o carvão, para gerar calor.

Não há diferença entre a energia gerada por uma fonte convencional (hidroelétrica ou térmica) e a energia elétrica gerada por um Reator Nuclear.

O urânio 235 é o isótopo de urânio utilizado nas usinas nucleares, porém, este ocorre em quantidades muito pequenas na natureza, enquanto o urânio -238 (seu isótopo) ocorre em quantidades bem maiores (para cada 1.000 átomos de urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238).

Para que se possa gerar energia, é necessário haver uma determinada concentração mínima de urânio-235. Nos Reatores Nucleares do tipo PWR (mais comuns), é necessário haver a proporção de 32 átomos de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em cada grupo de 1.000 átomos de urânio,ou seja, 3,2% de urânio-235.

Esta concentração, embora pareça pequena, não é geralmente encontrada na natureza, tendo, portanto, o urânio, tendo que passar por um processo industrial conhecido como enriquecimento de urânio. Este processo se baseia, na retirada de urânio-238 do urânio natural, aumentando assim a proporção de urânio-235. Os principais processos de enriquecimento são: difusão gasosa, ultracentrifugação, jato centrífugo e um processo a laser.

O urânio utilizado é processado em formas de pastilhas, que são agrupadas em varetas de combustível, são montadas em feixes, numa estrutura denominada elemento combustível. Tais varetas são muito resistentes, pois não deixam escapar o material nelas contido (que é radioativo e, portanto, muito perigoso) e suportam altas temperaturas. Estas são a principal barreira para que o material radioativo proveniente de usinas nucleares não escape para o meio ambiente.

O urânio-235 não é o único combustível possível para uma usina de energia. Podem também ser utilizados outros elementos radioativos como o Tório (normalmente usado como combustível adicional) e o Actínio (é altamente radioativo - possui radioatividade 150 vezes maior que a do Urânio).

Portanto, quando as barras de controle estão totalmente para fora, o reator está trabalhando no máximo de sua capacidade de gerar energia térmica. Já quando elas estão totalmente dentro da estrutura do elemento combustível, o reator está “parado” (não há reação de fissão em cadeia).

Os elementos combustíveis são colocados dentro de um grande vaso de aço, denominado vaso de pressão do reator. Este é montado sobre uma estrutura de concreto, com cerca de 5 m de espessura na base. Esse vaso também contribuiu para impedir a saída de material radioativo para o meio ambiente.

As reações de fissão nuclear ocorrem na presença de água, pois esta é uma “barreira” para a radiação. Quando as reações de fissão nuclear ocorrem, a água atinge temperaturas em torno de 320^oC e não evapora (seu ponto de ebulição é 100^oC, portanto, o normal seria que ela já tivesse virado vapor a essa temperatura), pois está sob uma pressão 157 vezes mais alta que a pressão atmosférica, graças a uma estrutura denominada pressurizador. 

Energia nuclear no Brasil

Em um cenário no qual a preocupação com o aumento do efeito estufa, a alta demanda energética, os preços dos hidrocarbonetos e a busca pela segurança de suprimento energético crescem, a opção energia nuclear é repensada. Esta, apesar de não possuir uma boa reputação quando se trata da opinião pública, pode desempenhar papel importante nas próximas décadas na geração de energia elétrica, não só em termos de Brasil, mas mundialmente.

A energia nuclear, como todas as formas de energia, possui vantagens e desvantagens. Listando estas vantagens, podem ser citados os itens abaixo:

• Não contribui para o efeito de estufa diretamente;
• Não polui o ar com gases de enxofre, nitrogênio e particulados;
• Não utiliza grandes áreas de terreno, pois a central requer pequenos espaços para sua instalação;
• Não depende da sazonalidade climática (nem das chuvas, nem dos ventos);
• Tem pouco ou quase nenhum impacto sobre a biosfera;
• Conta com grande disponibilidade de combustível;
• É a fonte mais concentrada de geração de energia;
• A quantidade de resíduos radioativos gerados é extremamente pequena e compacta;
• A tecnologia do processo é bastante conhecida;
• O risco de transporte do combustível é significativamente menor quando comparado ao gás e ao óleo das termoelétricas.
• O urânio pode ser reprocessado e reintegrado ao processo

Dentre os pontos positivos, pode-se dizer que o principal é a não contribuição para o agravamento do efeito estufa, uma vez que este tipo de energia não libera gases com estas propriedades. Entretanto, os processos de construção de uma usina, extração e enriquecimento de urânio, armazenamento de rejeitos nucleares e a desativação de uma usina ao final de sua vida útil consomem energia. Logo, a realização destes processos contribui para a emissão de diversos gases, entre eles os gases de efeito estufa.

Por outro lado, a energia nuclear também é desvantajosa em alguns aspectos. São eles:

• Há a necessidade de armazenar o resíduo nuclear em locais isolados e protegidos;
• Necessidade de isolar a central após o seu encerramento;
• É mais cara quando comparada às demais fontes de energia;
• Os resíduos produzidos emitem radiatividade durante muitos anos;
• Registram-se dificuldades no armazenamento dos resíduos, principalmente em questões de localização e segurança;
• Pode interferir, mesmo que não seja de forma drástica, nos ecossistemas;
• Há risco de acidente na central nuclear.
• No Brasil, a mineração de urânio em Catieté causa impactos ambientais e econômicos, sua poluição prejudica muito a saúde da população local.