domingo, 4 de agosto de 2013

Do âmbar à fissão nuclear: uma síntese dos meios de obtenção de energia elétrica!

Por Anísio Lasievicz

Detalhe filamento de uma lâmpada.
A partir do aperfeiçoamento da lâmpada elétrica por Thomas Alva Edison em 1879, o mundo esqueceu como é viver iluminando a escuridão com velas ou lampiões, esquentar a água do banho no fogo ou passar a roupa com um ferro aquecido com brasas (apesar de que essa é, ainda, a realidade para uma parcela da população mundial). No entanto, ele maravilhou-se com a possibilidade de transmissão de sons via ondas eletromagnéticas com a invenção do rádio, de imagens com a televisão e de todo tipo de informação via Internet. Somos extremamente dependentes da energia que possibilita o funcionamento desses aparelhos: a energia elétrica.

Desde as primeiras experiências feitas por filósofos gregos (600 – 500 a.C.), que verificavam a atração entre âmbar e pedaços de palha quando este era atritado com lã, passando por Alessandro Volta - construtor da primeira fonte de energia elétrica contínua, Faraday, Oersted, Àmpere, James Clerk Maxwell com a teorização do eletromagnetismo até Hertz e Hall, transcorreram 2300 anos. Todos estes ajudaram de alguma forma a compreender o que possibilita grande parte do nosso conforto hoje.

O uso da eletricidade ampliava-se, à medida que conhecia-se mais a respeito dela. Mas, aumento na utilidade gera aumento na demanda. No final de 1800, James Watt aprimora a máquina a vapor: pela primeira vez o homem tinha o poder de realizar um trabalho considerável através de uma máquina “pequena”. As máquinas a vapor produziam movimento através do aumento da pressão, proporcionado pela água submetida ao aquecimento. O vapor impulsionava peças chamadas de pistões num movimento de vai-e-vem que, através de bielas, era transformado em rotação. Acoplando-se esta máquina a geradores, conseguíamos gerar energia elétrica. No entanto, a construção de tais aparatos era dispendiosa, com um alto consumo de água e de combustível (lenha, na época). Também demandavam estruturas muito grandes e manutenção freqüente. Várias caldeiras explodiram devido à falta de reparos nos dispositivos de segurança.
Modelo de máquina à vapor.
Com o aumento considerável da demanda e os saltos tecnológicos, as máquinas a vapor foram substituídas por outras maneiras de geração. Inspirado, talvez, na antiga roda d’água, desenvolveu-se a ideia de usar o movimento das águas na geração de energia elétrica, a chamada usina hidrelétrica.

Através da construção de barragens nos leitos de determinados rios, inundamos uma área para a formação de um lago. A barragem manterá a água em uma altura maior do que o curso normal do rio, ou seja, armazenaremos energia potencial gravitacional à água. Para que a ela escoe, são construídas enormes tubulações, com estruturas semelhantes a uma roda d’água, chamadas de turbinas. Quando abertas as comportas, a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética (o escoamento da água) que adentrará os tubos. Mas para que a água possa passar, ela terá que movimentar a turbina, fazendo-a rodar. Esse movimento de rotação é transmitido por eixos, nos quais se encontram enormes peças maciças de aço denominadas de volantes. Sua função é dar constância ao movimento de giro. O movimento chega até os geradores, que transformam a energia cinética em energia elétrica.

Aqui no Brasil, temos a maior usina hidrelétrica em termos de capacidade de geração do mundo, a Itaipu Bi-nacional, construída em parceria com o Paraguai no rio Paraná. Possui 18 turbinas instaladas e 2 em processo de instalação, que abastecem 70% do Paraguai e 18 % do Brasil. Sua represa abrange uma área de 1350km2 e daí, surge um dos primeiros problemas com relação às usinas hidrelétricas. Para a formação do lago, essa área enorme contendo sua fauna, flora, sítios arqueológicos e um dos pontos turísticos, o Salto das Sete Quedas perderam-se para sempre.

Itaipu Binacional.

As usinas hidrelétricas, por exemplo, geram eletricidade a um custo razoavelmente baixo (estimado em torno de R$ 50,00 por megawatt/hora), utilizam recurso renovável e não produzem poluição atmosférica. Têm como desvantagens o longo tempo necessário à sua implantação e a perda de energia elétrica nos sistemas de transmissão, pois, em regra, acham-se distantes dos centros consumidores. Embora sejam consideradas sistemas de energia "limpa", nem por isso se pode ignorar os sensíveis impactos ambientais causados por sua implantação, notadamente pela alteração do curso e regime de vazão dos corpos d´água e a inundação de grandes áreas que abrigam fauna e flora nativas. 

Se por um lado as usinas hidrelétricas assemelham-se às rodas d’água, as termelétricas são comparáveis às máquinas a vapor. Neste modelo, a água é aquecida através da queima de carvão (vegetal ou mineral) ou de gás natural em uma caldeira até que vire gás (mais quente que o vapor). Esse gás de água a alta pressão é “soprado” a uma turbina, dando-lhe o movimento de rotação que, novamente, é transmitido até um gerador e o gás é novamente condensado em água. As termelétricas requerem menos espaço e tempo para sua implantação, não há grande perda de energia e o investimento em linhas de transmissão é pequeno, tendo em vista que podem ser instaladas em locais próximos aos grandes centros consumidores. Mas há também desvantagens: o custo da geração de energia é alto, se comparado com a usina hidroelétrica (R$ 100,00 o megawatt/hora). Além disso, a queima de combustíveis fósseis, própria do sistema, libera poluentes na atmosfera (principalmente o dióxido de carbono – CO2).

Usina Termelétrica em Araucária - R.M. de Curitiba.

Uma alternativa para o aquecimento da água nas usinas termelétricas é a utilização de reações de fissão nuclear controlada. Neste processo, barras de urânio enriquecido são colocadas em espaços chamados de reatores (câmaras com paredes de chumbo e concreto com metros de espessura). Os núcleos dos átomos desse elemento são muito instáveis, havendo a emissão de nêutrons livres que vão colidir com núcleos vizinhos. Esta colisão quebra o núcleo de urânio em pedaços menores, com a liberação de energia térmica, a qual irá aquecer a água. Deste ponto em diante o processo é o mesmo que o da termelétrica. O controle da reação é feito através da distância entre as barras de material físsil. Quanto mais perto, maior é a taxa de “acerto” dos nêutrons nos átomos de urânio e maior é a quantia de energia. Aumentando a distância a reação diminui, até um ponto chamado ponto de apagão. Após este ponto, a reação cessa.

Usina Nuclear de fissão.

A maior vantagem deste tipo de usina é o altíssimo rendimento, por utilizar uma fonte de energia concentrada (urânio). Para efeito de comparação, uma termelétrica média gasta 10600 toneladas de gás natural por dia, ao passo que uma nuclear gasta 2,3Kg de material físsil. Mas o estigma da utilização da energia nuclear com objetivos bélicos paira sobre tais usinas. É impossível garantir sua utilização apenas para fins pacíficos. Ademais, trata-se de uma fonte de energia altamente perigosa: os acidentes têm efeitos fatais, duradouros e devastadores.

Um exemplo disso é a catástrofe ocorrida na cidade de Chernobyl em 1986 na Ucrânia. O núcleo do reator explode, jogando na atmosfera níveis de radiação extremamente altos, causando a morte de centenas de funcionários e habitantes, além de todos os outros problemas que a radiação causa. A explosão foi equivalente a 150 bombas iguais as que caíram sobre Hiroshima. 

Usina de Chernobil - Ucrânia.

Atualmente, temos outros meios de TRANSFORMAÇÃO de outras formas de energia em energia elétrica. Por exemplo, a energia eólica, onde o movimento dos ventos é captado por estruturas semelhantes a moinhos de vento e transformada em energia elétrica. Mas a construção destes equipamentos é muito dispendiosa, são necessários muitos geradores e, especialmente aqui no Brasil, não possuímos ventos constantes para fornecer uma quantia razoável de energia. 

Parque eólico.

Outro meio ainda em fase de estudo é a utilização de nossa maior fonte de energia: o Sol. Isto foi possível através dos estudos do chamado efeito fotoelétrico por Albert Einstein, pelo qual ganhou o Nobel em física. A luz incidente sobre placas feitas com uma liga de silício, fósforo e flúor, “liberta” elétrons, gerando uma corrente elétrica. No entanto, ainda são necessários muitos painéis para que haja o sustento de bairros ou cidades. Hoje esta forma de obtenção de energia é usada para alguns cômodos de casas, para economia no sistema normal.

Instalação de painéis solares.

Para finalizar, temos os reatores a fusão nuclear onde, ao contrário dos reatores a fissão, núcleos leves - como por exemplo o hidrogênio, são fundidos em núcleos mais pesados, também com liberação de energia. Este processo ocorre somente em condições extremamente difíceis de serem atingidas com a tecnologia atual, vistas as altíssimas temperatura e pressão em que esse fenômeno ocorre. Para se ter uma ideia da energia gerada nesse processo, através da fusão de 1g de átomos de hidrogênio em átomos de hélio e da total conversão dessa energia em energia elétrica abasteceríamos uma casa média durante aproximadamente 150 mil anos! Mas o lugar mais próximo da Terra que isso acontece em larga escala, por enquanto, é no SOL!


REFERÊNCIAS

RAMOS, Clinton Márcico; BONJORNO, Valter; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, José Roberto. Física, história & cotidiano - Volume 3 – EDITORA FTD, 2003.

QUADROS, Sérgio. A Termodinâmica e a invenção das máquinas térmicas. Coleção Ponto de Apoio, Editora Scipione, São Paulo 2002.

www.itaipu.gov.br

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Um comentário:

  1. Ótimo texto, de fácil compreensão e de excelente nível de explicação.

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