Npc Física - Fontes De Energia - Energia Maremotriz E Eletromagnetica

ESCOLA TÉCNICA DO RIO DE JANEIRO

Fontes de Energia: Energia Maremotriz e Energia Eletromagnética

Componentes: Eduardo Henrique nº 08 João Pedro nº 19 Marcos Vinicius nº 26 Rafael B. Campello nº 31 Thiago L. Brandão nº 41

Orientador: Rodrigo Abril/2009

ESCOLA TÉCNICA DO RIO DE JANEIRO Avenida Santa Cruz, 9617 Santíssimo

Fontes de Energia: Energia Maremotriz e Energia Eletromagnética

Componentes: Eduardo Henrique nº 08 João Pedro nº 19 Marcos Vinicius nº 26 Rafael B. Campello nº 31 Thiago L. Brandão nº 41

Orientador: Rodrigo Tempo Gasto no Desenvolvimento do Projeto 2 semanas

Aluno Coordenador

Sumário

1. Apresentação

1

2. Justificativa

2

3. Energia Maremotriz

3

3.1. O que é

3

3.2. Como é aproveitada

3

3.3. Seatrials

4

3.4. Situação Nacional

5

3.5. Curiosidades

6

4. Energia Eletromagnética

7

4.1 Campo Magnético

7

4.2Força Eletromagnética

7

4.3O Efeito Fotoelétrico 4.4Onda Eletromagnética

8 8

4.5Espectro Eletromagnético

9

4.6 Radiação Eletromagnética

9

4.7 Aplicações

10

5. Conclusão

12

6. Cronograma de Desenvolvimento

13

7. Referências Bibliográficas

14

8. Anexos

15

Apresentação Este relatório reúne informações sobre a energia Maremotriz que usa a energia dos movimentos dos mares e a energia eletromagnética que usa a energia da força dos campos eletromagnéticos, ambas são energias de bom custo benefício e não causam dano ao meio ambiente. São energias limpas que junto de outras fontes de energia naturais podem substituir fontes de energias finitas que prejudicam o meio ambiente como o uso do petróleo e queima de substâncias fósseis diminuindo o impacto do homem no meio ambiente e diminuindo o aquecimento global.

1

Justificativa A fim de avaliação e adquirir conhecimento e ao mesmo desenvolver habilidades de pesquisa, confecções de trabalhos e prática de trabalho em equipe, a turma 1221, que cursa o 2º ano do ensino médio e técnico em eletrônica na Escola Técnica do Rio de Janeiro foi dividida em vários grupos destinados a pesquisar todo tipo de fonte de energia, para apresentar em sala de aula e compartilhar informações com o restante da turma.

2

Energia Maremotriz O que é Energia Maremotriz é o modo de geração de energia elétrica através da utilização da energia contida no movimento de massas de água devido às marés. Ha dois tipos que podem ser utilizados da energia: energia cinética das correntes devido às marés e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa. Como é aproveitada O Funcionamento de uma usina maremotriz é de forma semelhante a uma hidrelétrica. Uma barragem é construída, formando-se um reservatório junto ao mar (imagem 1). Quando a maré enche a água entra e fica armazenada no reservatório, e quando baixa a água sai, movimentando uma turbina diretamente ligada a um sistema de conversão, e assim gerando eletricidade. Existem usinas maremotrizes em construção ou sendo planejada no Canadá, México, Reino Unido, Estados Unidos, Argentina, Austrália, Índia, Coréia e na Rússia. As correntes marítimas, impulsionadas pelos ventos, produzem uma energia cinética pouco densa e difícil de ser explorada. Os melhores locais para exploração desse tipo de energia são os estreitos, como o Estreito de Gibraltar. A Corrente do Golfo, na Flórida, é particularmente densa e poderia ser capaz de acionar diversos geradores. As pesquisas relacionadas a esse tipo de aproveitamento energético estão ainda em fase inicial. Existe um projeto britânico, o Seaflow, que procura desenvolver turbinas para fabricação em escala comercial. Segundo o relatório Produção de Eletricidade a partir da energia maremotriz, produzido por Wagner Marques Tavares e publicado pela Consultoria Legislativa da Câmara dos Deputados em março de 2005, esse sistema parece vantajoso, devido aos baixos impactos ambientais e à facilidade de implantação.

3

Já as ondas (imagem 2), resultantes do atrito do vento com a superfície oceânica, transportam grande quantidade de energia. O movimento das ondas associado ao movimento do ar pode ser usado para ativar turbinas, que têm sua energia mecânica transformada em energia elétrica através de um gerador. E a diferença de temperatura entre a superfície e as camadas mais profundas dos oceanos é mais uma forma de aproveitamento da energia oceânica. A superfície é mais quente devido ao contato com os raios solares, enquanto as partes menos elevadas são mais frias. No entanto, é necessária uma diferença de 21 graus Celsius entre a superfície e o fundo do oceano para que se possa fazer esse aproveitamento. Incentivando a pesquisa relacionada à energia das águas marítimas, ainda pouco desenvolvidas, o MIT – Massachusetts Institute of Technology publicou, em 2003, uma sugestão de projeto dirigida à área da engenharia oceânica. O texto dizia: Há diversos tipos e formatos de dispositivos de conversão de energia de ondas para escolher, e alguns que ainda não foram inventados! A energia hidráulica em condições normais no mar costeiro pode alcançar dezenas de kilowatts por metro quadrado: uma tecnologia eficiente para captar a energia das ondas poderia facilmente gerar um megawatt para cada quilômetro equipado. Seatrials Conhecidas por “Giant Sea Snake” ou “Pelamis Wave Converter” ou até por Seatrials, desenvolvida pela empresa escocesa Ocean Power Delivery do engenheiro David Lindley foi construída com apoio da Efacec que forneceu os respectivos transformadores e geradores de eletricidade. Trata-se de grandes tubos flutuantes de 30 metros conhecidos como Seatrials (imagem 3 e 4), ligados entre si por uma articulação móvel e colocados em série na transversal das ondas. Estas fazem mover um tubo de cada vez que impele um fluido hidráulico numa movimentação energética suficiente para acionar geradores hidráulicos de eletricidade do tipo Stingray. 4

Um óleo a alta pressão que aciona motores hidráulicos, os quais fornecem a energia mecânica a geradores elétricos (imagens 5 e 6). Cada Seatrials é constituído por cinco tubos que perfazem um comprimento de 150 metros e produzem 750 kW. 110 cilindros dariam para alimentar de eletricidade 15 mil lares médios. A empresa escocesa inaugurou o seu sistema em Portugal porque a EDP e o Estado compram a eletricidade marítima a 23,5 cêntimos por kWh, mas calcula que a Europa, e principalmente as ilhas britânicas, podiam produzir a partir do mar uns 300 Gigawatts, ou seja, tanto como a produção de 250 e 300 centrais nucleares. Situação Nacional Já vimos que para a instalação desse sistema é necessária uma situação geográfica favorável e uma amplitude de maré relativamente grande, que varia de lugar para lugar. O Brasil apresenta condições favoráveis à instalação desse sistema em locais como o litoral maranhense, aonde a amplitude dos níveis das marés chega a oito metros. Os estados do Pará e do Amapá também apresentam condições favoráveis para esse sistema. Apesar disso, ainda não existe nenhuma usina Maremotriz no Brasil. Existe uma pesquisa da UFRJ que visa o estudo e instalação de uma usina de geração de energia elétrica através do balanço das marés no litoral Cearense. Essa usina deve entrar em funcionamento em três anos e deve gerar 400MW em sua primeira fase. No maranhão houve a tentativa de implantar a primeira usina maremotriz do Brasil, mas o projeto não foi concluído. A barragem do Bacanga possui especificações ideais para gerar eletricidade. O local possui um extenso lago com alto nível de variação das marés, mas não há turbinas nem material para converter a energia da maré em

5

energia elétrica. Ao final da obra, a energia gerada pela usina do Bacanga irá abastecer o campus da UFMA. Curiosidades Em 1966 foi inaugurada a maior usina Maremotriz do mundo, a usina Maremotriz de La Rance (imagens 7, 8), capaz de gerar 240 MW. A usina possui 24 turbinas (imagem 9) de 5,3 metros de diâmetro, 470 toneladas e uma potência unitária de 10 MW.

6

Energia Eletromagnética No estudo da Física, o eletromagnetismo é o nome da teoria unificada desenvolvida por James Maxwell (imagem 10) para explicar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético. Campo Magnético O campo magnético (imagem 11) é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força eletromagnética quando associada a ímãs. A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos, motores e transformadores de tensão). Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo eletromagnético. Força Eletromagnética A força que um campo eletromagnético exerce sobre cargas elétricas, chamada força eletromagnética, é uma das quatro forças fundamentais. As outras são: a força nuclear forte (que mantém o núcleo atômico coeso), a força nuclear fraca (que causa certas formas de decaimento radioativo), e a força gravitacional. Quaisquer outras forças provêm necessariamente dessas quatro forças fundamentais. A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos os fenômenos físicos que se encontram no cotidiano, com exceção da gravidade. Isso porque as interações entre os átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são compostos por prótons, elétrons, ou seja, por cargas elétricas. Do mesmo modo as forças eletromagnéticas interferem nas relações intermoleculares, ou

7

seja, entre nós e quaisquer outros objetos. Assim podem-se incluir fenômenos químicos e biológicos como conseqüência do eletromagnetismo. Cabe ressaltar que, conforme a eletrodinâmica quântica, a força eletromagnética é resultado da interação de cargas elétricas com fótons. O Efeito Fotoelétrico Einstein pôs em dúvida vários princípios do eletromagnetismo clássico. Sua teoria do efeito fotoelétrico (pelo qual ganhou o Prêmio Nobel em Física) afirmava que a luz tinha em certo momento um comportamento corpuscular, isso porque a luz demonstrava carregar corpos com quantidades discretas de energia, esses corpos posteriormente passaram a ser chamados de fótons. Através de sua pesquisa, Max Planck mostrou que qualquer objeto emite radiação eletromagnética discretamente em pacotes, idéia que leva a teoria de Radiação de Corpo Negro. Todos esses resultados estavam em contradição com a teoria clássica da luz como uma mera onda contínua. As teorias de Planck e Einstein foram as causadoras da teoria da mecânica quântica, a qual, quando formulada em 1925, necessitava ainda de uma teoria quântica para o Eletromagnetismo. Essa teoria só veio a aparecer em 1940, conhecida hoje como eletrodinâmica quântica; essa é uma das teorias mais precisas da Física nos dias de hoje. Onda Eletromagnética É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas eletromagnéticas. Iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.

8

Espectro Eletromagnético A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória. Atualmente chama-se espectro eletromagnético à faixa de freqüências e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade, modificando a freqüência de acordo com espécie e, conseqüentemente, o comprimento de onda. Radiação Eletromagnética Além de outras, recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na faixa de radiofreqüências dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes distâncias de nós, muito além de nossa galáxia, e que produzem enorme quantidade de energia); pulsos intensos de radiação dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do Sol). Essas radiações são tão importantes que deram origem a uma nova ciência, a Radioastronomia, que se preocupa em captar e analisar essas informações obtidas do espaço através de ondas. Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o sistema de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos raios x (imagem 12) e muitas outras.

9

Aplicações O eletromagnetismo esta presente em toda parte, por exemplo, em usinas hidrelétricas, a água empurra turbinas gigantescas (dotadas de ímãs e bobinas conjugadas de um modo especial) de modo que, ao girarem, produzem energia elétrica como a que usamos em nossas casas, já falando dos motores (imagem 13) que devido a uma indução eletromagnética, ele gira e movimenta todo tipo de máquina e equipamento, e essa rotação é usada em toda parte, em relógios, correias para puxar esteiras e portões, em automóveis, numa indústria eles estão presentes também e entre muitos ambientes a nossa volta. Transformadores que reduzem ou amplificam a energia elétrica para, seja alimentar equipamentos eletrônicos usados em toda parte, nas ruas, nas casas e nas indústrias ou para ligar ou alimentar equipamentos e aparelhos elétricos nas residências e entre outros lugares. Componentes que se utilizam do eletromagnetismo há, por exemplo, os chamados "sensores HALL" que existem nos sistemas modernos de motores de automóveis e que substituem as velas e platinados do sistema. Outros componentes que se utilizam do eletromagnetismo são os sensores magnéticos, como os que detectam a aproximação de tempestades, reeds-switches usados em alarmes de diversos tipos. Além de tudo isso, existe um trem chamado de Maglev (Imagem 14), que transita numa linha elevada sobre o chão e é propulsionado pelas forças atrativas e repulsivas do magnetismo através do uso de supercondutores. Devido à falta de contato entre o veículo e a linha, a única fricção que existe, é entre o aparelho e o ar e por consequência, eles conseguem atingir velocidades enormes, com relativo baixo consumo de energia e pouco ruído, (existem projetos para linhas de Maglev que chegariam aos 650 Km/h). Existem três tipos primários de tecnologia aplicada aos Maglev. Uma que é baseada em ímãs supercondutores (suspensão eletrodinâmica), outra baseada na reação controlada de eletroímãs, (suspensão eletromagnética) e a 10

mais recente e potencialmente mais econômica que usa ímãs permanentes (Indutrack). O Japão e a Alemanha são os países que mais têm pesquisado esta tecnologia, tendo apresentado diversos projetos. Num deles o trem é levitado pela força repulsiva dos pólos idênticos ou pela força atrativa dos pólos diferentes dos ímãs. O trem é propulsionado por um motor linear, colocado na linha, no trem ou em ambas. Bobinas elétricas são massivamente colocadas ao longo da linha de modo a produzir o campo magnético necessário para a movimentação do trem, especulando-se que por isso que a construção de tal linha teria custos enormes.

11

Conclusão É sempre muito bom realizar este tipo de trabalho, adquirindo cada vez mais conhecimento e executando experiências, em função a gerar energia, de fato a Maremotriz e a Eletromagnética são ótimas, pois são de baixo custo, fácil instalação e não poluem o meio ambiente, geram bastante energia. Com a confecção deste relatório aprendemos muito além da sala de aula, pois como dizem conhecimento não se compra. Ficamos impressionados como o mundo destas energias é abrangente e atinge a raça humana, finalmente entendemos na prática o eletromagnetismo.

2

Cronograma de Desenvolvimento

Semanas

Etapas

1

Organização, planejamento e pesquisas.

2

Elaboração do Relatório, confecção da experiência, impressão e encadernação do relatório e confecção do cartaz.

3

Referências Bibliográficas Livro: BONJORNO & CLINTON. Física História & Cotidiano. São Paulo: FTD, 2005. Sites:

http://br.geocities.com/jcc5001pt/museumotorfaraday.htm

21/04/2009

http://pt.wikipedia.org/wiki/Maglev 21/04/2009 http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_maremotriz 21/04/2009 http://www.nea.ufma.br:8080/nea/fontes_maremotriz.html

21/04/2009

http://pt.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo

21/04/2009

http://www.dee.feis.unesp.br/usinaecoeletrica/maremotriz/ 21/04/2009 http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_electromagn%C3% A9tica

21/04/2009

4

Anexos

Imagem 1

Imagem 2

5

Imagem 3

Imagem 4

Imagem 5

6

Imagem 6

Imagem 7

Imagem 8

Imagem 9

7

Imagem 10

Imagem 11

Imagem 12

8

Imagem 13

Imagem 14

9