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Como Funciona a Energia Elétrica (EL002)

Este artigo foi originalmente publicado no livro Instalações Elétricas Sem Mistérios (2005). Os conceitos dados são perfeitamente válidos ainda hoje, servindo de referência para os que pretendem saber um pouco mais sobre o modo como a energia elétrica que usamos é gerada e chega até nossas casas.


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Geradores

 

 

ENERGIA ELÉTRICA/USINAS

Um princípio físico importante nos assegura que energia, de qualquer tipo, não pode ser obtida do nada. Assim, aquilo que conhecemos com o nome de energia elétrica, na realidade, é resultado da transformação de outras formas de energia que estão disponíveis na natureza. Isso significa que a energia elétrica produzida pelas usinas, na verdade, deve ser obtida a partir de alguma outra forma de energia que esteja em disponibilidade.

O sol é, em princípio, o grande fornecedor de energia à Terra, entregando-lhe luz e calor que podem dar origem a muitos processos que acabam tornando disponível esta energia de outras formas.

Assim, um primeiro tipo de energia, que nos interessa em especial, é a das correntes de água, que aparecem em nosso planeta justamente devido à evaporação (pelo calor do sol) e condensação em locais altos na forma de chuva, dando origem aos rios.

Se certo volume de água apresenta um desnível em relação a um determinado ponto, este volume tem energia potencial mecânica que pode ser transformada quando houver o seu escoamento.

Assim, podemos aproveitar os grandes volumes de água que estejam em condições de escoar (caso haja um desnível para esta finalidade), para gerar energia elétrica. As usinas hidroelétricas fazem justamente isso, veja figura 1.

 

A água é represada de modo a se definir melhor um desnível, e depois canalizada para turbinas que convertem a energia disponível em eletricidade. Esta eletricidade pode, então, ser enviada aos centros de consumo por meio de fios condutores.

Evidentemente, o melhor aproveitamento da força da água exige que haja ao mesmo tempo volume e desnível.

É por esse motivo que a Amazônia, apesar de ter os maiores rios do mundo, não apresenta um potencial gerador de energia muito alto. Os rios são todos de planície, ou seja, correm "muito baixos", não havendo desníveis que permitam a construção das represas e a movimentação das turbinas.

Para os casos em que não se dispõe da energia dos rios, entretanto, existem alternativas como as usinas termoelétricas.

Nestas usinas queima-se algum tipo de combustível como, por exemplo, o óleo ou carvão de modo a produzir calor,que aquece a água e se transforma em vapor sob pressão.

Esse vapor é usado para movimentar as turbinas que geram eletricidade, observe a figura 2.

 

Veja que, em princípio, a energia dos combustíveis fósseis e mesmo naturais como o óleo, o carvão vegetal ou mineral é obtida a partir do sol. Nos vegetais, é por meio da fotossíntese que as substâncias orgânicas que dão origem aos vegetais são produzidas, o mesmo ocorrendo em relação ao óleo.

Além dos dois tipos de usinas que vimos, existem também as usinas atômicas que, além de operarem segundo um princípio completamente diferente, também causam muitas discussões por motivos de segurança.

Na figura 3 temos uma usina atômica esquematizada de maneira bastante simples. Nestas usinas existe um tanque onde são colocadas substâncias radioativas.

 

Estas substâncias se desintegram gradualmente liberando grande quantidade de energia. O urânio é um exemplo de substância radioativa.

Em contato com a água do tanque, a energia liberada pelo material radioativo a aquece, a ponto de elevar sua temperatura acima do ponto de ebulição. No entanto, a água não ferve porque é mantida sob pressão (como ocorre numa panela de pressão, em que se obtém uma ebulição acima dos 100 graus Celsius, porque ela é mantida fechada).

Essa água superaquecida entra em contato, por meio de canalizações, com a água de um segundo tanque que então se aquece a ponto de ferver. Esta sim, produz, vapor usado para movimentar as turbina.

A água que entra em contato com a substância radioativa tem um sério problema: ela também se torna radioativa, o que significa que, se ela escapar, existe o perigo de contaminação do meio ambiente. Assim, a maior preocupação dessas usinas é evitar o "escape" desse vapor que tem contato com o material radioativo, já que o outro que movimenta a turbina é inofensivo.

Pequenas porções de material radioativo podem produzir energia em grande quantidade durante anos. As três formas de geração de energia que vimos são usadas na maioria dos países, inclusive o nosso, pois permitem obter grandes quantidades de eletricidade.

Todavia, existem ainda alternativas que podem ser usadas quando se deseja menos energia ou ainda quando em condições favoráveis de obtenção.

Na Islândia, por exemplo, que é um país de muitos vulcões, existem fontes onde brota água fervente. Esta água é usada em alguns casos para produzir vapor que movimenta turbinas geradoras de eletricidade.

Em muitas localidades isoladas ou fazendas, o gerador que produz eletricidade é movimentado por um motor a óleo diesel ou outro combustível, formando assim os "grupos geradores" conforme ilustra a figura 4.

Figura 4 - Grupo gerador de pequeno porte.

 

Estudos feitos em alguns países, como a Holanda, já levam em consideração o aproveitamento da energia das marés.

Uma grande enseada seria represada. Quando a maré subisse, a água forçaria sua entrada, movimentando as turbinas num sentido e quando a maré baixasse, o movimento da água movimentaria a turbina em sentido oposto, conforme mostra a figura 5.

 

Como as marés são provocadas pela atração gravitacional da Lua, estaríamos consumindo, indiretamente, "energia lunar" para gerar eletricidade nestas usinas.

O vento também é usado para gerar eletricidade por meio de grandes geradores denominados "eólicos".

Temos ainda a energia soldar que pode ser recolhida por painéis foto-voltaicos ou foto-células que a converte em energia elétrica

É claro que, estas formas de obtenção de energia elétrica são muito restritas.

 

 

COMO A ENERGIA VAI ATÉ SUA CASA

A energia gerada pelas usinas não está numa forma apropriada para consumo.

Para que ocorram poucas perdas na transmissão por longas distâncias, no local em que a usina produz a energia, ela é transformada, ou seja, sua tensão é modificada (mais adiante veremos o que isso significa).

Assim, a tensão enviada da usina até os centros de consumo é muito alta. Existem linhas de transmissão de energia que operam com 80 000, 150 000, 250 000 e até 750 000 V!

Obviamente, esta tensão é extremamente perigosa: se fosse levada diretamente até nossa casa, não precisaríamos sequer tocar nos fios para levar choques mortais.

A simples aproximação de um fio com tais tensões faria com que saltassem faíscas, fulminando-nos instantaneamente.

Assim, a energia, para chegar até nossa casa, passa por uma série de transformações, entrando em ação dispositivos que, justamente por sua função, são denominados transformadores.

Para que o leitor tenha uma idéia do que ocorre, damos na figura 6 todo o processo pelo qual a energia passa até chegar nas nossas casas.

 

Partindo da usina em que a energia é gerada, ela passa por um primeiro transformador que eleva sua tensão para um valor da ordem de dezenas de milhares de volts a centenas de milhares de volts. A energia que vem de Itaipu para São Paulo, por exemplo, está na forma de uma tensão de 750 000 V.

Perto do centro de consumo, a energia sofre uma transformação no sentido de baixar sua tensão para um valor menor, mais apropriado para as redes urbanas, ou seja, para ser levada para os bairros em fios colocados em postes comuns.

Normalmente, a tensão usada neste caso é da ordem de 13 000 volts.

Mas, mesmo 13 000 V é demais para se colocar numa instalação elétrica domiciliar. Portanto, temos nos postes, transformadores que fazem o "abaixamento final" da tensão de modo que ela possa ser usada de maneira mais segura nas residências.

Estes transformadores fornecem tensões de 110 V a 220 V que são levadas até os locais de consumo. Os valores exatos das tensões encontradas nas redes de energia serão vistos em outros artigos desta série.

 

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