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

4.2 Força Eletromagnética 7

4.3 O Efeito Fotoelétrico 8

4.4 Onda Eletromagnética 8

4.5 Espectro Eletromagnético 9

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 seja, entre nós e quaisquer outros objetos. Assim podem-

7

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.

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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

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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

Imagem 3

5

Imagem 4

Imagem 5

Imagem 6

6

Imagem 7

Imagem 8  Imagem 9

Imagem 10

7

Imagem 11

Imagem 12

8

Imagem 13

Imagem 14

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