Efeito estufa,
�suas causas e medidas para amenizar� suas conseq��ncias
Sandro Pereira Gon�alves � EE Valdomiro Silveira � Cafel�ndia � SP
Sidn�ia Alves da Silva � EE Valdomiro Silveira � Cafel�ndia � SP
Ros�ngela Hayd� Gon�alves Anacleto � EE Prof. Octac�lio Sant�anna � Lins � SP
Ros�ngela Santos de Oliveira � EE Dom Henrique Mour�o � Lins � SP
Sandra Ferreira Borges � EE Prof. Jos� Egea � Guarant� � SP
Alexandra Cristina Salatino � EE 21 de Abril � Lins � SP
Edmara Mary Romano � Diretoria de Ensino de Lins � SP
O homem sempre necessitou do fogo para se aquecer, cozinhar, iluminar, se proteger. A primeira forma de energia que o homem conseguiu dominar foi o fogo.
O Homem sempre necessitou do fogo para se aquecer, cozinhar, iluminar e se proteger.
Antigamente, juntavam um montinho de mato seco, dois peda�os de madeira, que friccionados, esquentavam rapidamente, queimando o mato seco com seu calor.
O fogo, pela fascina��o que exerce, pela fantasia que sua chama desperta, deu origem a muitos contos, lendas, mitos, deuses, her�is... Para muitas civiliza��es, ele � um deus ou uma d�diva dos deuses, ou� ainda, o produto de� um roubo. Ele �, muitas vezes, associado ao Sol. Os Incas acreditavam que o fogo lhes havia sido dado pelo filho do Sol. Para os �ndios Navajos, o fogo tinha sido dos Deuses por um Coiote.
Entre os romanos, eram sacerdotisas, as vestais, que guardavam em seus templos o fogo sagrado, e esse nunca deveria se apagar.
Desde a sua conquista, h� mais de 500.000 anos, o fogo se tornou, nas m�os dos homens, o primeiro meio para o modificar o mundo, sendo pois, a primeira forma de energia que conseguiu dominar.
O fogo sempre existiu na natureza, provocando queimadas, onde havia a libera��o de CO2 e vapor d��gua na atmosfera.
Esse fogo tinha origem vulc�nica, pois ao entrarem em erup��o, os vulc�es la�avam suas lavas pelas florestas, causando as queimadas. Tamb�m se originava de rel�mpagos que, ao atingirem uma �rvore, esta se queimava.
Com o dom�nio do fogo o homem foi aprimorando o uso do mesmo para benef�cio pr�prio.
Com a chegada da revolu��o industrial acontece o auge do aprimoramento humano em rela��o ao fogo, surgindo as m�quinas a vapor, cuja fonte de energia era o carv�o. Esta nova tecnologia provocou uma grande mudan�a na sociedade, pois as ind�strias se multiplicaram criando a necessidade de se utilizar novos combust�veis. Em suas pesquisas o homem encontrou o petr�leo que passou a substituir o carv�o.
Os combust�veis f�sseis originaram-se de mat�ria org�nica que realizavam fotoss�ntese, portanto, acumulavam energia vinda do Sol na forma de mol�culas de carbono (hidrocarbonetos). Com a decomposi��o dessa mat�ria a cerca de 500 milh�es de anos formou-se o petr�leo e o carv�o mineral.
Antes da revolu��o industrial havia um equil�brio entre a emiss�o de CO2 (queimadas e respira��o) e o seu consumo (pela fotoss�ntese), mantendo dessa forma sua concentra��o est�vel na atmosfera.
O aumento da concentra��o de CO2 na atmosfera, resultante da queima em larga escala dos hidrocarbonetos, produziu-se uma intensifica��o do efeito estufa.
O fogo sempre existiu na natureza, provocando queimadas, onde havia a libera��o de g�s carb�nico e vapor d��gua na atmosfera. Esse fogo tinha origem vulc�nica, pois, ao entrarem em erup��o os vulc�es lan�avam sua lava pelas florestas causando queimadas. Tamb�m se originava de rel�mpagos que, ao atingir uma �rvore, esta se queimava.
Com o dom�nio do fogo o homem foi aprimorando o uso do mesmo para benef�cio pr�prio.
Metalurgia e sua hist�ria
A hist�ria da metalurgia come�a quando os homens encontram os elementos de sua exist�ncia nas realiza��es de seus antepassados.
���� Com o surgimento da escrita, por volta de 4000 a.C. houve:
- a utiliza��o da pedra como arma e ferramenta,
- a cria��o da linguagem oral,
- o surgimento da arte,
- a utiliza��o e o dom�nio da produ��o do fogo,
- a domestica��o e a cria��o dos animais,
- a pr�tica da agricultura e
- surge a cria��o da metalurgia.
����� A revolu��o cient�fica do s�culo XVII e a revolu��o industrial do s�culo XVIII n�o refletiram de imediato sobre a tecnologia metal�rgica. No entanto, o car�ter cient�fico das propriedades dos metais foram feitos tentando utilizar as propriedades do ferro fundido com o aux�lio do microsc�pio.
A partir do s�culo XVIII a metalurgia � descrita como uma ci�ncia do estudo dos metais: ci�ncia que estuda a estrutura, a composi��o, as caracter�sticas e as propriedades dos metais, tendo como objetivo n�o s� fabricar produtos metal�rgicos como tamb�m as causas e efeitos.
A partir de 1855 com o ferro implantado nos materiais de constru��o, surge o alum�nio, importante no desenvolvimento industrial.
O alum�nio, metal de baixa intensidade, d�ctil, est�vel e facilmente fundido n�o era f�cil de produzir. Preparava-se o segundo a seq��ncia bauscite � alumina � alum�nio metal�rgico e foi nesta altura que se come�ou a aplicar a eletricidade � metalurgia.
No per�odo (1855 � 1957) introduziram-se processos metal�rgicos de sistema de produ��o de a�o, a capacidade dos altos fornos de conter ferro cresceu intensamente (produto de alto forno, que � o ferro no estado natural normalmente cont�m 4,5% de carbono e impurezas como f�sforo, enxofre e sil�cio) para evitar que as barras quentes de ferro expostas �s desloca��es de ar sofressem descarboniza��o, introduziu o primeiro convertido (reservat�rio aquecido que cont�m �pig iron� fundido) que fez reduzir suficientemente o pre�o do a�o de modo a que este fosse usado em quantidades muito maiores.
Em 1875 a quantidade produzida de a�o era superior a 700.000 toneladas, usado por companhias de caminho de ferro, armamento e constru��o naval.
Dando a origem da metalurgia f�sica que consiste no estudo das propriedades e composi��es dos metais.
Neste s�culo deu-se o desenvolvimento de uma s�rie de novos elementos de an�lise, como os microsc�pios eletr�nicos de varrimento e de transmiss�o e o difract�metro de raios x, o que permitiu aos cientistas estudarem as estruturas existentes nos materiais e correlacionarem-nas com as propriedades observadas.
Aumenta-se a resist�ncia dos metais com a adi��o de elementos de liga adequados (n�quel, cobre, molibd�nio, van�dio, tungst�nio...).
Os metais que mais recentemente come�aram a ser usados foram: o zirc�nio, tit�nio, magn�sio, n�quel, cobalto, ur�nio entre muitos outros.
A evolu��o cient�fica e tecnol�gica trouxe consigo os reatores nucleares, originando deste modo, problemas metal�rgicos nos componentes dos reatores, tais como, a resist�ncia � corros�o, car�ter de absor��o de n�utrons espec�ficos, resist�ncia � radia��o, estabilidade mec�nica �s temperaturas de trabalho.
O zirc�nio � um dos metais mais usados com vista �s dimens�es destes problemas.
A transmuta��o de metais passou a ser uma realidade com a descoberta da radioatividade, em 1919, iniciou a transmuta��o artificial bombardeando nitrog�nio gasoso com part�culas alfa produzindo novos materiais � hidrog�nio e um is�topo de oxig�nio.
As ligas de tit�nio t�m vindo a ser cada vez mais produzida, diminuindo o seu pre�o.
G�lio e �ndio s�o usados diretamente em aplica��es termom�tricas e em fus�veis devido ao seu baixo ponto de fus�o, t�rio e germ�nio s�o semicondutores.
Nos �ltimos 80 anos tem-se apostado na produ��o de ligas e superligas met�licas, cujo resultado � uma melhoria nas propriedades.
A ind�stria aeroespacial procura ligas com um peso m�nimo sem altera��o das propriedades mec�nicas, a ind�stria qu�mica, por sua vez, necessita de ligas para aplica��o em equipamentos de extrus�o de pl�sticos, aplica��es criog�nicas, turbinas, etc...
Muitas destas ligas s�o produzidas por Pulverometalurgia que consiste na introdu��o de um p� met�lico num molde que � sujeito a elevadas press�es e temperaturas.
Como conseq��ncia da produ��o destas ligas por Pulverometalurgia e solidifica��o Super R�pida as temperaturas de trabalho das turbinas nas aplica��es de aeron�utica.
Por outro lado, a ind�stria mec�nica (General Motors) desenvolveu um carro movido � energia solar denominado �Sun Raycer� cujo motor, mais leve, pequeno e resistente motores el�tricos, � tamb�m produzido por solidifica��o Super R�pida.
A introdu��o de certas ligas met�licas amorfas� nos n�cleos dos transformadores que tem uma responsabilidade significativa nas perdas de energia el�trica no seu transporte, permite reduzir as perdas de energia. Desta maneira, a energia solar poder� ser tornada vi�vel.
O surgimento de novas ligas como as ligas com mem�ria de forma, t�m v�rias aplica��es em robots, v�lvulas, molas... Estes metais ap�s serem dobrados e retorcidos regressam � sua forma inicial quando aquecidos a uma temperatura determinada.
No entanto, a conseq��ncia do desenvolvimento da ci�ncia e engenharia n�o � apenas a implementa��o de novos metais, mas tamb�m a introdu��o de novas t�cnicas de superf�cie (tratamentos superficiais por laser, nitrora��o i�nica, CVD, PVD...) que alteram as suas propriedades.
A evolu��o cient�fico-metal�rgica dos dias de hoje faz-nos deparar com metais cujas propriedades n�o se encaixam na classifica��o tradicional (d�cteis, bons condutores e relativamente pesados), como � o caso das ligas met�licas leves, dos metais org�nicos ou dos comp�sitos.
Muitos destes metais influenciaram tanto o modo de vida das popula��es que se tornaram indispens�veis ao funcionamento das sociedades modernas.
H�, por�m, que ter em conta a sele��o racional dos materiais e o modo de processamento tecnol�gico que dever� ser econ�mico quer em custos, n�o esquecendo o aspecto ambiental que envolve todo um processo de reciclagem ou de incinera��o tanto dos res�duos industriais, como dos produtos j� usados. Pois � destas precau��es, em grande parte, que depende o nosso futuro.
Fonte: //www.acertubos.com.br (Acessado em 07/12/2002)
A origem da cer�mica remonta aos antigos povos do Oriente, que a 7000 anos atr�s j� tinham tradi��o da ind�stria cer�mica.
Quando o homem deixou de utilizar as cavernas, necessitou de objetos que deveriam ser resistentes, imperme�veis e de f�cil fabrica��o, para armazenar alimentos e �gua, essas facilidades foram encontradas na argila (barro), que misturadas a �gua e endurecida ap�s a queima, foi largamente utilizada na constru��o de casas, vasilhames, urnas funer�rias e at� para a escrita.
Muitos potes produzidos hoje, ainda contam com a apar�ncia e t�cnica bastante semelhantes a dos produzidos a mil�nios.
Cada est�gio de desenvolvimento da cer�mica � imposs�vel sem o seu antecessor, pois a cer�mica segue leis independentes de desenvolvimento.
A caracter�stica t�cnica do utens�lio cer�mico � vari�vel de acordo com o calor e o tipo de argila empregado.
Com o calor, a �gua � eliminada tornando-a incapaz de tornar-se male�vel novamente.
Muito do que sabemos hoje sobre as antigas civiliza��es deve-se a pesquisas de arque�logos com os objetos cer�micos.
H� registros de objetos cer�micos brasileiros com cerca de 2000 anos produzidos por aldeias instaladas pr�ximos a rios.
Existem v�rios tipos de emprego para a cer�mica: vasos, objetos de artes, utens�lios, etc que embelezam, facilitam e enriquecem qualquer ambiente.
�Fonte: hist�ria da cer�mica.
Com a chegada da Revolu��o Industrial acontece o auge do aprimoramento humano em rela��o ao fogo, surgindo as m�quinas a vapor cuja fonte de energia era o carv�o. Esta nova tecnologia provocou uma grande mudan�a na sociedade, pois as ind�strias se multiplicaram criando a necessidade de se utilizar novos combust�veis. Em suas pesquisas o homem encontrou o petr�leo que passou a substituir o carv�o.
Os combust�veis f�sseis originam-se de mat�ria org�nica que realizaram fotoss�ntese, portanto, acumularam energia vinda do Sol na forma de mol�culas de carbono (hidrocarbonetos). Com a decomposi��o dessa mat�ria a cerca de 500 milh�es de anos formou-se o petr�leo e o carv�o mineral.
CICLO DO CARBONO
O carbono � um elemento qu�mico metal�ide que � encontrado na natureza ou cristalizado. Sendo junto com o hidrog�nio elementos b�sicos na estrutura dos compostos org�nicos. � encontrado sob as formas de: diamante , grafite , carv�o, hulha, antracito, �xidos, di�xidos, hidratos. O carbono combina-se com v�rios metais, dando origem aos carbonetos. O anidrido carb�nico ou g�s carb�nico. O tri�xido de carbono, pode ser resultante da combust�o do g�s carb�nico. Os carbonos passam de s�lido a g�s quando se encontram em fornos el�tricos desprovidos da presen�a de oxig�nio. As pessoas que trabalham em recintos onde se encontra carv�o que queime constantemente, est�o sujeitas a envenenamento do sangue, pelo fato da a��o do mon�xido de carbono sobre a hemoglobina . O carbono � bastante empregado nas ind�strias , quer como redutor dos sulfetos met�licos quer na produ��o de a�o.O carbono difere dos outros elementos pelo fato de formar mais compostos que todos outros juntos. Outros elementos: 40 mil; Carbono: 400 mil. Capacidade de formar cadeias e an�is. O carbono � um componente prim�rio da mat�ria viva.
CICLO GEOL�GICO DO CARBONO
O di�xido de carbono se desprende das fumarolas e das fontes termais uma parte deste di�xido de carbono � juvenil e outra mete�rico. Uma parte deste CO2 pode reagir metassomaticamente e
substituindo a s�lica das rochas silicatadas - a conseq��ncia disto � a forma��o de espilitas e rochas talco-carbonatadas. A maior ponte do di�xido do carbono se desprende para atmosfera ou se dissolve na �gua.
Durante a meteoriza��o, as �guas que cont�m di�xido de carbono reagem principalmente com os sais de c�lcio dissolvidos para formar carbonato e bicarbonatos c�lcicos. Por �ltimo, o carbonato c�lcico se precipita por agentes org�nicos ou inorg�nicos, A maior perda no ciclo do carbono �
a forma��o de calc�rio. � evidente que o di�xido de carbono que desaparece do ciclo por este processo n�o volta nunca por completo � atmosfera. Durante a silicifica��o dos calc�rios n�o se desprendem mais que uma quantidade insignificante de di�xido de carbono porque a quantidade de rochas carbonatadas tende a aumentar.
CARBONO ATMOSF�RICO
Nas plantas o carbono entra e sai por difus�o, na forma de
CO2, atrav�s dos est�matos presentes na epiderme das folhas. Entrando, o CO2 vai servir como mat�ria-prima de compostos org�nicos, durante a fotoss�ntese. Saindo, o CO2 � um dos produtos finais da respira��o. J� os animais realizam apenas a respira��o liberando o CO2 na atmosfera, e obt�m o carbono de que precisam de forma direta, se herb�voros, ou de forma indireta se forem carn�voros. Depois de mortos, tanto animais quanto vegetais, sofrem a a��o dos
decompositores, se a decomposi��o de sua mat�ria org�nica for total, h� libera��o de g�s carb�nico e �gua, e se for parcial, h� transforma��o em material combust�vel. A mat�ria combust�vel quando queimada, devolve o carbono � atmosfera na forma de CO2. Ou seja, o carbono fixado por fotoss�ntese, mais cedo ou mais tarde retorna � atmosfera pela decomposi��o da mat�ria org�nica morta. As florestas do mundo n�o s�o apenas os principais consumidores de di�xido de carbono em terra; tamb�m
representam o principal reservat�rio de carbono fixado biologicamente. As florestas cont�m entre 400 e 500 bilh�es de toneladas de carbono, ou aproximadamente, dois ter�os da quantidade presente como di�xido de carbono na atmosfera (700 bilh�es de toneladas).
O ciclo do carbono revela dados e quantidades verdadeiramente surpreendentes. Est� provado que uma determinada c�lula de CO2 da atmosfera entra em uma certa estrutura vegetal uma vez a cada 200 anos e que todo o oxig�nio do
ar � renovado pelos vegetais de 2.000 em 2.000 anos. O ciclo respira��o-fotoss�ntese, j� alterado pela introdu��o do homem, via atmosfera, de grande quantidade de di�xido de carbono, pela combust�o dos chamados combust�veis f�sseis. Um fator que ameniza este fato, � que os mares s�o imensos reservat�rios de carbono que agem como amortecedores de choque do g�s carb�nico na atmosfera. Pode-se dizer: aumente-se a quantidade do g�s carb�nico na atmosfera e o oceano se encarrega de retir�-lo.
Retire-se g�s carb�nico do ar e o mar repor� novamente. De 1.850 dc, o homem, inadvertidamente, vem realizando um experimento geoqu�mico global, queimando grandes quantidades de combust�veis f�sseis e, dessa forma, devolvendo � atmosfera o carbono que foi fixado pela fotoss�ntese a milh�es de anos atr�s. Geralmente, entre cinco e seis bilh�es de toneladas carbono f�ssil est�o sendo liberadas por ano na atmosfera. Isto seria suficiente para aumentar a quantidade de di�xido de carbono no ar de 2,3
partes por milh�o por ano, se o di�xido de carbono estivesse uniformemente distribu�do e n�o fosse removido. No s�culo passado, o conte�do de di�xido de carbono aumentou de 290 partes por milh�o para 320, sendo que mais de um quinto desse aumento ocorreu na d�cada passada. O aumento total corresponde somente a um pouco mais de um ter�o do di�xido de carbono (cerca de 200 bilh�es de toneladas no total) liberado dos combust�veis f�sseis. Embora a maior parte dos dois ter�os restantes tenha ido
para os oceanos, uma fra��o significativa pode perfeitamente ter aumentado a quantidade total de vegeta��o na terra. Estudos de laborat�rio mostram que as plantas crescem mais rapidamente quando o ar circundante � enriquecido com o di�xido de carbono. Assim, � poss�vel que o homem esteja fertilizando campos e florestas, com a queima dos combust�veis f�sseis.
A import�ncia do ciclo do carbono na natureza pode ser melhor evid�ncia pela estimativa de que todo o CO2
presente no ar, caso n�o houvesse reposi��o, seria completamente exaurido em menos de 20 anos, tendo em vista a fotoss�ntese atual. A fixa��o total de carbono por ano, nos oceanos, ascende � cifra aproximada de 1,2 x 1010 tons, enquanto que o teor fixado em terra � da ordem de 1,6 x1010 tons. As plantas clorofiladas constituem o mais importante agente da redu��o do CO2 a mat�ria org�nica; outros seres, como as bact�rias fotossintetizantes e as quimiolitotr�ficas (redutoras de CO2) tem pequena
contribui��o para id�ntico fim.
Nos processos de mineraliza��o das subst�ncias carbonadas, com a conseq�ente reposi��o do CO2 � atmosfera, tem revelante papel os microrganismos heterotr�ficos. Outra grande contribui��o destes no ciclo de carbono � o suprimento de CO2 ao solo, onde este g�s funciona como um eficiente solvente na prepara��o de alimentos inorg�nicos para as plantas, a partir de subst�ncias minerais do solo. De import�ncia relevante � ainda a opera��o de degrada��o levada ao
cabo pelos microrganismos, das grandes quantidades de celulose, amido e outros in�meros carboidratos complexos presentes no solo, provenientes de modo especial de tecidos vegetais, sem o que a crosta terrestre se transformaria pouco a pouco numa impenetr�vel camada de plantas mortas, inteiramente inadequada aos processos vitais que a� tem lugar. O trabalho dos microrganismos, entretanto, forma aproveit�vel pelas plantas, compostos org�nicos complexos e contribui de modo decisivo para elabora��o
do h�mus. As fontes de carbono introduzido no solo s�o numerosas:
Carbono mineral do CO2 atmosf�rico e dos carbonatos tel�ricos e o carbono org�nico dos organismos vegetais e animais sob sua m�ltiplas formas, desde os gluc�dios simples at� as subst�ncias altamente polimerizadas, como a celulose, ou de estrutura complexa, como a lignina. O metabolismo destas diversas formas varia extraordinariamente no solo devido � estrutura mesma das subst�ncias carbonadas e a multiplicidade das esp�cies zim�genas ativas sobre elas. Estas varia��es traduzem-se por diferentes velocidades de ataque e produ��o de subst�ncias metab�licas intermedi�rias diversas. De fato, se os produtos finais constantemente CO2 e H2O (e mais CH4, em anaerobiose), os produtos intermedi�rios, s�o extremamente vari�veis : �cidos org�nicos, alde�dos, �lcoois, a��cares, mais ou menos complexos. A mineraliza��o do carbono org�nico � excepcionalmente realizada em uma �nica etapa, e via de regra, numerosos grupos bacterianos e f�ngicos interv�m sucessivamente at� o processo atingir a sua fase final. Este ciclo � ainda complicado pelo fato das subst�ncias gluc�dicas estarem constantemente associadas em propor��es vari�veis, com subst�ncias azotadas (prote�nas) ou lip�dicas, com lignina, com resinas, com taninos, etc., Por fim, como �ltimo fator de complica��o considere-se o fato do que ao mesmo tempo que tem lugar a degrada��o de carboidratos complexos, os microrganismos sintetizam corpos do mesmo tipo (hemiceluloses microbianas, por exemplo) e seus demais constituintes celulares, tornando-se dif�cil a separa��o entre os compostos intermedi�rios de degrada��o e os de s�ntese. Uns e outros podem, por combina��es qu�micas ou arranjos f�sicos, se ligar entre si ou a outros corpos, para formarem as subst�ncias de reserva h�micas. Tal se apresenta, em linha gerais, a complexidade do ciclo do carbono na natureza.
� | ��� | CO2 | ���� | |
� | ||||
| � | � |
|
|
Combust�o | Fotoss�ntese | Respira��o | Decomposi��o | |
| �� |
|
| |
��� | Plantas e Animais | ����� |
Fonte:// www.cptec.inpe.br (acessado em 07/12/2002)
Muitos dos compostos org�nicos tern�rios (a��cares, amido, �cidos org�nicos, aldeios, etc.,) s�o decompostos por um n�mero relativamente grande de fungos, bact�rias e actinomicetos do solo, atrav�s de v�rios tipos de rea��es que se desenvolvem em sucess�o, no exterior e no interior das c�lulas microbianas, resultando na libera��o final de CO2. Outros compostos org�nicos tern�rios, entretanto, tais como celulose, hemicelulose, lignina, pectinas, s�o utilizadas por menor n�mero de microrganismos espec�ficos, e sua decomposi��o �, no geral, mais demorada que a dos demais. Entre os v�rios fatores que afetam a decomposi��o dos compostos org�nicos, tem especial import�ncia na velocidade desse processo de an�lise, a rela��o C/N do material em decomposi��o, visto que os microrganismos o utilizam tanto como fonte de nitrog�nio necess�rio �s suas prote�nas como fonte de C. necess�ria a seus constituintes celulares. Como conseq��ncia, material com baixa rela��o C/N � decompostos com r�pida libera��o do N em excesso, sob a forma de sais de am�nio, ao passo que em material com rela��o C/N elevada, o nitrog�nio � retido na forma org�nica por mais tempo, s� sendo liberado, � disposi��o das plantas, quando o processo de decomposi��o, com conseq�ente libera��o de CO2, faz baixar a rela��o C/N do material original.
A geoqu�mica � uma ci�ncia f�sica importante, interessada na composi��o qu�mica da terra e a troca de elementos entre as diferentes partes da crosta terrestre com seus oceanos, rios, etc. A biogeoqu�mica, � o estudo das trocas (movimentos de ida e volta) de materiais entre os componentes viventes e n�o viventes da biosfera. Sobrepondo um ciclo biogeoqu�mico a um diagrama simplificado de fluxo de energia, com a finalidade de mostrar a inter-relac�o entre estes dois processos b�sicos. Os elementos vitais est�o nunca, ou quase nunca distribu�dos homogeneamente na natureza e nem presentes sob a mesma forma qu�mica atrav�s de ecossistema, ao contr�rio os est�o em compartimentos ou pools com v�rias taxas de c�mbio entre eles.
CO2
(DI�XIDO DE CARBONO)
G�s incolor e inodoro, resultante de processos de combust�o. Asfixiante.
Quem mais emite CO2 (dados de 1997):
Pa�s | Bilh�es de toneladas/ano |
EUA | 5,2 |
China | 3,1 |
Jap�o | 1,5 |
R�ssia | 1,0 |
Fonte:// www.cptec.inpe.br (acessado em 07/12/2002)
Antes da revolu��o industrial havia um equil�brio entre a emiss�o de g�s carb�nico (queimadas e respira��o) e o seu consumo (fotoss�ntese), mantendo dessa forma a concentra��o est�vel na atmosfera.
O aumento da concentra��o de g�s carb�nico na atmosfera, resultante da queima em larga escala dos hidrocarbonetos, provocou uma intensifica��o do efeito estufa.
EFEITO ESTUFA
O ciclo do carbono est� estreitamente ligado ao do oxig�nio. Os processos de fotoss�ntese e de respira��o se equilibram perfeitamente, e n�o deveria haver mudan�a nas quantidades de oxig�nio e de g�s carb�nico envolvidas no ciclo do carbono, a n�o ser pequenas varia��es sazonais. (GAINOTTI et al, 2002)
Em um ambiente natural, as varia��es da intensidade da fotoss�ntese produzem simplesmente uma oscila��o na quantidade de CO2atmosf�rico, com um pico no inverno e uma diminui��o no ver�o.
Mesmo durante a noite, quando a fotoss�ntese n�o acontece, acima das grandes coberturas vegetais, como as florestas, h� um grande e cont�nuo fluxo de CO2, produzido pela respira��o, que vai do solo e da vegeta��o em dire��o � atmosfera.
O equil�brio entre o oxig�nio e o g�s carb�nico estabeleceu-se h� mais de 400 milh�es de anos. As plantas, de fato, retiram o CO2da atmosfera e regeneram o oxig�nio na mesma velocidade em que o pr�prio oxig�nio � consumido pela respira��o.
Hoje, por�m, grande quantidade de CO2, proveniente da utiliza��o de combust�veis como o petr�leo e o carv�o, � emitida para a atmosfera. Calcula -se que o consumo de combust�veis f�sseis elimina cerca de 100 bilh�es de toneladas de CO2por ano. O carbono armazenado no solo pelo soterramento de antigas florestas e, assim, destinado a um ciclo longo, � despejado de modo irrefre�vel no ar. Para que pudessem recicl�-lo com a fotoss�ntese, as florestas deveriam aumentar em extens�o; mas, na verdade, est�o sofrendo redu��o.
Do exame de bolhas de ar retidas em blocos de gelo na Ant�rtica, da an�lise de dados que remontam � revolu��o industrial e de medidas sistematicamente realizadas a partir dos anos 50, � poss�vel obter um gr�fico que mostra o alarmante incremento de CO2. A concentra��o de um g�s na atmosfera tamb�m pode ser expressa em partes por milh�o (ppm), isto �, como n�mero de mol�culas do g�s em um milh�o de mol�culas do ar.Atualmente a concentra��o do CO2corresponde a 350 partes por milh�o. No in�cio da era industrial, por�m, era de apenas 280 ppm.
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�Varia��es nas concentra��es de CO2atmosf�rico. Fonte: Gainotti et al, 2002
O aumento da concentra��o de CO2, � motivo de grande preocupa��o, pois provoca o aumento do efeito estufa, cujas conseq��ncias, a longo prazo, podem modificar o clima terrestre.
O Efeito Estufa � a forma que a Terra tem para manter constante a temperatura prop�cia � vida que herdou. Mesmo sendo a atmosfera altamente transparente perante a luz solar cerca de 35% da radia��o que recebemos � refletida para o espa�o, ficando os outros 65% retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios infravermelhos de gases como o di�xido de carbono, vapor de �gua , metano, �xidos de azoto e oz�nio presentes na atmosfera (totalizando menos de 1% desta).
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���������������������� A atmosfera do nosso planeta, permite a passagem de luz, por�m impede a sa�da de�
calor. � o efeito estufa. Fonte: Silva Jr. et all, 1995.
Em condi��es normais, o efeito estufa � precioso para a vida. Calcula-se que, se faltasse essa "capa" gasosa que ret�m o calor, sobre a Terra s� haveria gelo: a temperatura seria de 33 graus a menos do que a confort�vel m�dia atual, de 15 �C, isto �, baixariapara aproximadamente 18 �C negativos.
Contudo, se a temperatura do planeta aumentar, mesmo que apenas poucos graus (nos �ltimos cem anos o aumento foi de 0,5 �C), estar�o comprometidos todos os biomas, e, com o derretimento das geleiras, acontecer� um aumento do n�vel dos mares, que poder�o invadir as cidades costeiras.
O ciclo do carbono sofre, portanto, uma altera��o ocasionada pela prepotente introdu��o de um fator novo: o progresso humano.���������������
A quebra do ciclo do carbono � um assunto atual, que preocupa a comunidade cient�fica n�o apenas pelos efeitos nefastos que pode ter sobre o planeta, mas, sobretudo, porque coloca o mundo frente a dois problemas muito s�rios: at� que ponto o homem pode interferir nos equil�brios naturais e at� que ponto a biosfera pode resistir �s agress�es da atividade humana?
���� As mudan�as do clima no planeta s�o uma realidade comprovada cientificamente e medidas urgentes s�o necess�rias pra minimizar a amea�a deste fen�meno � humanidade e aos ecossistemas, assim como para a constru��o de uma sociedade sustent�vel todas as suas dimens�es.
A principal causa do efeito estufa �: a pr�pria queima de combust�veis f�sseis, incluindo a� a queima de gasolina e diesel nos motores dos autom�veis, as queimadas das florestas para se fazer grandes pastos para o gado, � emiss�o de gases poluentes pelas industrias, erup��es vulc�nicas, dentre outras.
Veja na figura abaixo a emiss�o de cada um na atmosfera:
Fonte://www.ecoequilibrio.hpg.ig.com.br (Acessado em 07/12/2002)
Como conseq��ncias do efeito estufa, temos principalmente o aquecimento global, que desencadear� o derretimento das calotas polares que causar� o aumento do n�vel do mar que poder� at� inundar cidades litor�neas provocando o seu desaparecimento. Isto tamb�m provocar� uma mudan�a nos comportamentos dos rios, provocando grandes enchentes e afetando principalmente as planta��es.
Poder� tamb�m provocar mudan�as no clima da Terra que gerar� regi�es des�rticas (o que pode acontecer com o Nordeste brasileiro, por exemplo.) e regi�es sujeitas a grandes tormentas e furac�es, causando o deslocamento de milh�es de pessoas.
Com o aumento da temperatura tamb�m haver� a extin��o de v�rias esp�cies que n�o se adaptar�o as condi��es clim�ticas e isto causar� o desequil�brio em v�rios ecossistemas e at� o desaparecimento de alguns (como por exemplo, os mangues).
Tamb�m ajudar� o aumento da propaga��o de doen�as causadas por insetos (como dengue), e a sobreviv�ncia de v�rios fungos e bact�rias prejudiciais aos homens, que tamb�m passar�o a sofrer mais de doen�as respirat�rias e ter mais ataques card�acos.
No quadro abaixo podemos notar o aumento de temperatura nos �ltimos 1000 anos.
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Fonte:// www.cptec.inpe.br (Acessado em 07/12/2002)
MEDIDAS PARA MINIMIZAR O �EFEITO ESTUFA�
O ser humano para reverter a situa��o ca�tica na qual se encontra o nosso meio ambiente, necessita modificar as suas atitudes,� seus interesses econ�micos e financeiros.
����������� Podemos perceber que a situa��o atual na qual vivemos � conseq��ncia de fatos ocorridos em espa�os temporais mais remotos como o advento da Revolu��o Industrial, onde o homem alterou o seu modo de viver e consumir, mas conseq�entemente tamb�m alterou o ciclo da natureza.
����������� Para amenizar esta situa��o � necess�rio que chefes de estados, tanto de pa�ses ricos, quanto menos favorecidos tomem as mesmas medidas, pensando em um primeiro plano no ser humano e deixando de lado seus interesses econ�micos.
����������� Com rela��o ao Brasil, um primeiro grupo de medidas atenuadoras visa � redu��o das emiss�es de gases do efeito estufa (GEE), propondo mudan�as nas fontes de obten��o de energia, priorizando investimentos em pesquisa e implementa��o de fontes que n�o liberam carbono, e de fontes como a cana-de-a��car, a mandioca e o baba�u, que apesar de tamb�m liberarem carbono, este � reabsorvido � medida que novas plantas se desenvolvem.
����������� A maior parte dessas medidas j� � conhecida, como o Programa Pro�lcool. A COPPE, por exemplo, j� encaminhou alguns projetos ao comit� gestor do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), entre eles o uso do biodiesel como combust�vel, a partir da reciclagem de �leo vegetal, e a coleta de g�s metano e seu uso com combust�vel, cuja experi�ncia piloto ser� no Aterro de Gramacho e na Usina do Caju, com a produ��o de biog�s a partir do lixo.
����������� A raz�o dessas medidas n�o terem sido implementadas at� o momento com maior �xito, segundo Gilberto Januzzi(2002), � porque �trata-se de uma conjuntura de desenvolvimento econ�mico que escolheu os combust�veis f�sseis como seu eixo principal�. Bilh�es e bilh�es de d�lares giram em torno dos energ�ticos originados de combust�veis f�sseis, e as ind�strias apresentam muitos subs�dios. �A quest�o dos Estados Unidos n�o estarem ratificando o Protocolo de Quioto, ocorre porque isso n�o interessa economicamente�.
����������� A emin�ncia de uma mudan�a t�o dr�stica como a altera��o da temperatura global do planeta tr�s consigo perigos que deviam estar a preocupar muito mais os governos em fazer diminuir as taxas de emiss�o dos gases de Efeito Estufa para a atmosfera, pelo menos ao n�vel das atividades industriais e nos autom�veis particulares, encarando o problema com o n�vel de seriedade que este merece.
����������� A seguir novas tecnologias que podem auxiliar na diminui��o do �efeito estufa� encontradas em sites de pesquisa.
Energia do Hidrog�nio
Introdu��o
O hidrog�nio � o primeiro elemento da tabela peri�dica, constitu�do apenas por um pr�ton e um el�tron, sendo assim, o elemento mais simples de todo universo. Por este motivo � um dos mais abundantes no universo, pois muitas estrelas, cometas e planetas s�o formadas basicamente de hidrog�nio. No caso das estrelas, � o combust�vel essencial para o fornecimento de energia para muitos sistemas planet�rios como o nosso. Um outro exemplo � o planeta J�piter, que � formado de hidrog�nio nas fases l�quida, gasosa e s�lida.
No nosso planeta s� � poss�vel encontr�-lo associado a outros elementos como a �gua, sendo necess�rio energia para obt�-lo e, como res�duo temos apenas �gua, ou seja, uma fonte de energia altamente limpa e sem res�duos t�xicos.
O g�s hidrog�nio H2 � explorado para uso em motores e combust�o e c�lulas de combust�vel. Basicamente temos duas maneiras de obter hidrog�nio:
� Eletr�lise: usa-se energia el�trica para promover a quebrar da mol�cula de H2.
� S�ntese: a partir de subst�ncias como biomassa e carv�o, pode-se obter o hidrog�nio.
Combust�o do hidrog�nio
No processo de combina��o entre o oxig�nio e hidrog�nio, ocorre uma rea��o do tipo oxidante, com produ��o de calor e 33.890 kcal/kg. � esta libera��o de energia que pode ser aproveitada.
Possibilidades para o Brasil
A tecnologia de obten��o de hidrog�nio para explora��o energ�tica no nosso pa�s j� � uma realidade, o que podemos considerar que o Brasil j� est� preparado para esta nova era, a do hidrog�nio. A UNICAMP domina v�rios m�todos:
� Eletr�lise da �gua
� decomposi��o da am�nia
� Rea��o de hidretos met�licos
� ligas de ferro-tit�nio
� n�quel-magn�sio
O hidrog�nio pela suas possibilidades, pode ser considerado como vetor energ�tico, pode ser considerado como fonte inesgot�vel de energia, pois a rea��o abaixo se d� nos dois sentidos:
H2 + 1/2O2 <=> H20 + 33.890 kcal/kg
C�lula de Combust�vel
A maioria das c�lulas de combust�vel usam o hidrog�nio na rea��o acima para produ��o de energia e �gua. Este � a forma usada pela NASA em seu programa espacial. A �gua de rea��o � aproveitada para uso da tripula��o para beber.
As possibilidades do uso do hidrog�nio prometem para o futuro. Entretanto, ainda s�o caras as c�lulas, mas como toda nova forma de energia, a melhoria de sua performance depende em muito da compreens�o das na��es de que n�s devemos preservar o ambiente livre de cargas poluentes, ou pelo menos com menor carga, com menores riscos para a humanidade e, dessa forma podermos nos sentir realmente humano.
O Combust�vel do futuro
Mercado de autom�veis incentiva pesquisas como a desenvolvida por equipe da USP para a aplica��o do H2
www.brasilenergia.com.br (Acessado em
07/12/2002)
O autom�vel movido a hidrog�nio, com emiss�o zero de carbono, pode se tornar realidade dentro de alguns anos. Uma equipe formada por engenheiros eletricistas, eletr�nicos, qu�micos e de
software da Universidade de S�o Paulo (USP) em S�o Carlos desenvolve o prot�tipo da primeira c�lula combust�vel de hidrog�nio do Brasil.
Como fonte prim�ria de energia, o hidrog�nio poder� substituir, futuramente, energias n�o-renov�veis, como os derivados do petr�leo. O consider�vel interesse mundial em fontes de energia limpa elevou, nos �ltimos tr�s anos, o n�mero de empresas e entidades de pesquisa que trabalham com c�lulas combust�veis de 275 para 700.
Os cientistas Gilberto
Jan�lio e Gerhardt Ett, respons�veis pela pesquisa da USP, trabalham na Electrocell, do Centro Incubador de Empresas Tecnol�gicas de S�o Paulo (Cietec). Segundo eles, duas multinacionais que, por enquanto, preferem manter-se em sigilo interessaram-se pelo prot�tipo. Uma � do ramo automobil�stico, a outra, do setor de energia. O ve�culo movido a hidrog�nio vai revolucionar a paisagem urbana e contribuir para reduzir a polui��o atmosf�rica e sonora das grandes cidades. No modelo previsto pelos
cientistas, os motoristas abastecer�o seus ve�culos nos postos convencionais com qualquer combust�vel l�quido. Neste caso, o autom�vel tamb�m dever� estar equipado com reformador, componente que retira o hidrog�nio puro e o conduz para a c�lula combust�vel. Esta, por sua vez, transforma-o em energia el�trica. O rejeito � vapor d��gua, praticamente pot�vel. A polui��o � zero, garantem os pesquisadores.
O hidrog�nio � a energia da liga��o molecular dos hidrocarbonetos. Em estado puro, ele
entra na c�lula combust�vel e transforma energia qu�mica diretamente em energia el�trica. O prot�tipo da c�lula de hidrog�nio de 24 V e 1,2 kW mede 32 cm de comprimento, 18 cm de largura e 18 cm de altura, e combina �tomos de hidrog�nio e de oxig�nio, gerando energia por corrente el�trica. O que torna essa tecnologia diferente, na avalia��o dos cientistas, � que o rendimento � superior a qualquer forma de gera��o de energia, e pode chegar a quase 100%. Os pesquisadores montaram em laborat�rio
uma bancada de testes para c�lula combust�vel de hidrog�nio com um simulador de consumo de energia el�trica. L�, estudam as condi��es de polariza��o da c�lula, a influ�ncia dos controladores de vaz�o m�ssica e o comportamento das correntes harm�nicas.
A equipe est� pesquisando dois tipos de c�lula, com finalidades distintas. A PEM (Pr�ton Exchange Membrane) trabalha em baixas temperaturas e produz em quilowatts. Seria a ideal para autom�veis. J� a SOFC (Solid Oxid Fuell Cell) trabalha em
alt�ssimas temperaturas e gera em megawatts, podendo ser aproveitada para grandes projetos de gera��o el�trica. �Essa tecnologia seria �til tamb�m para projetos de co-gera��o, observa Jan�lio.�............................�.
www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm(Acessado em 07/12/2002)
O que s�o as pilhas de combust�vel? ���� A pilha de combust�vel � um dispositivo eletroqu�mico em que um combust�vel e um oxidante reagem diretamente, produzindo eletricidade. Uma vez que este processo n�o segue o ciclo termodin�mico,as temperaturas altas n�o s�o necess�rias para uma boa efici�ncia. Al�m de eficientes, as pilhas de combust�vel apresentam a vantagem de serem silenciosas e n�o poluentes. Motores de combust�o interna vs. Pilha de Combust�vel Nos sistemas de propuls�o tradicionais, os combust�veis s�o queimados num motor de combust�o interna. Conseq�entemente, os �tomos que os constituem reagem na presen�a de oxig�nio. Neste processo designado por oxida��o, os �tomos do combust�vel doam el�trons aos �tomos de oxig�nio. O combust�vel � oxidado e o oxig�nio � reduzido, em simultaneidade. Desta rea��o resulta a liberta��o de energia t�rmica, transformada em energia cin�tica pelas componentes mec�nicas do motor. Numa pilha de combust�vel, as rea��es de oxida��o e redu��o s�o separadas por um eletr�lito. A separa��o destas duas rea��es resulta na produ��o de uma carga negativa no �nodo e positiva no c�todo. Aplicando uma corrente, pode retirar-se energia el�trica desta rea��o. Embora exista similaridade com os processos que ocorrem nas baterias, � importante perceber que numa pilha de combust�vel os reagentes (combust�vel e oxig�nio) s�o fornecidos por uma fonte externa. A pilha de combust�vel, por isso, nem pode estar "vazia" nem necessita de ser "recarregada". | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Tipos de c�lulas de combust�vel AFC alkaline fuel cell , pilha de combust�vel alcalina DMFC direct methanol fuel cell , pilha de combust�vel em que o combust�vel utilizado � o metanol (exce��o � regra de designa��o em fun��o do eletr�lito) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sistema SPFC
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www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002)����������� �� A tens�o da SPFC varia em fun��o da corrente retirada da c�lula. Ap�s uma quebra inicial da tens�o, existe uma rela��o quase linear entre a densidade de corrente e a tens�o. Com elevada densidade de corrente, pr�xima da pot�ncia m�xima, a tens�o come�a a diminuir de forma n�o linear. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002)
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O sistema de armazenagem do combust�vel pode ser um cilindro contendo hidrog�nio comprimido (associado a um controlador da press�o) ou um dep�sito de hidrog�nio liquefeito (mantido a cerca de -250 �C). No caso da utiliza��o de hidrocarbonetos, o sistema tem de compreender um processador de combust�vel (reformador de combust�vel ou purificador de g�s) que fornece o hidrog�nio para a pilha de combust�vel. A energia el�trica produzida pela pilha (ou pilhas) � transmitida ao conversor para transforma��o em corrente alternada que alimentar� os motores el�tricos de tra��o. Para cobrir os picos de carga, por exemplo durante o arranque e acelera��o, pode ser utilizada uma bateria auxiliar: sistema h�brido. Reformadores
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www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm(acessado em 07/12/2002) A Opel est� a desenvolver um prot�tipo do modelo Zafira a pilha de combust�vel. Prev�-se que em 2004 o Projecto Hydrogen 1 esteja conclu�do e possa passar � produ��o em s�rie. O hidrog�nio � armazenado na forma criog�nica, a cerca de 6 bar, num reservat�rio de a�o com parede dupla. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Projeto em desenvolvimento
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www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002) Os STCP (Soc. de Transportes Coletivos do Porto) est�o tamb�m envolvidos num projeto de demonstra��o de autocarros a pilha de combust�vel, que prev� em 2003 a realiza��o de experi�ncias com viaturas da Mercedes. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
� - o hidrog�nio n�o � facilmente disponibilizado, os custo de produ��o e armazenagem s�o elevados;
Uma vez que o abastecimento de hidrog�nio necessita de infraestruturas dedicadas, a sua constru��o s� se torna vi�vel para grandes frotas (empresas de autocarros e de distribui��o e entregas, por exemplo) que operem em circuito urbano. O alargamento � utiliza��o em outros segmentos de mercado pode ser uma perspectiva a longo prazo se o peso do consumo de energia alternativa se tornar comum. Nessa condi��o, o hidrog�nio poder� constituir um importante vetor energ�tico. Por forma a evitar problemas de distribui��o e armazenagem a bordo, o uso de hidrocarbonetos l�quidos como combust�vel � uma das op��es vi�veis. Estes combust�veis podem ser convertidos para hidrog�nio no ve�culo, atrav�s da utiliza��o de um processador ou reformador. Metanol G�s natural A utiliza��o da gasolina est�, em parte, restringida pelo fato de este combust�vel n�o ser facilmente reform�vel a bordo. Por isso, a efici�ncia da sua utiliza��o � inferior � do g�s natural e do metanol. No entanto, apresenta a vantagem de as perdas na produ��o e distribui��o serem consideravelmente inferiores �s do hidrog�nio e do metanol. Com o avan�o tecnol�gico dos reformadores para a gasolina, a utiliza��o das pilhas de combust�vel seria bastante beneficiada. Biog�s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Remo��o do CO | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energia Solar
Introdu��o
O Sol � a mais pr�xima estrela de nosso planeta Terra. Ele est� a aproximadamente 150 milh�es de quil�metros de dist�ncia, brilhando a bilh�es de anos fornecendo energia para a manuten��o da vida na superf�cie do planeta. Sem o Sol n�o haveria como prover a Terra da maior d�diva que temos, a vida. Podemos dizer, sem receio de errar que a maior parte da energia de que dispomos prov�m do Sol. Os alimentos que consumimos s�o o resultado da convers�o da energia solar atrav�s da fotoss�ntese realizada pelas plantas. A atual comunidade global tem como matriz energ�tica o petr�leo e seus derivados, que tem como fonte a energia solar, armazenada durante milh�es de anos na forma de combust�veis f�sseis. Podemos dizer que essas duas fontes s�o indiretas, pois fornecem energia ap�s um processamento.
Entretanto a energia solar na forma direta tamb�m pode ser aproveitada e possui caracter�sticas importantes em compara��o com outras formas de energia, como por exemplo:
� Renovabilidade quase infinita - para a escala de tempo humana, o Sol ainda brilhar� por muitos bilh�es de anos, o que lhe confere uma infinitude de fornecimento de energia;
� Impacto ambiental - em compara��o com outras fontes, � m�nimo o impacto ambiental, pois n�o deixa res�duo;
� Regionalidade - � uma fonte de aplica��o regional n�o necessita ser transportada por grandes dist�ncias.
A utiliza��o da energia solar � uma das mais antigas, pois muitas civiliza��es antigas como os �ndios pr�-incaicos, j� utilizavam-na para preserva��o de alimentos secando-os ao sol. No nordeste brasileiro e litoral, esta pr�tica se d� como a pr�tica de secagem de peixes e carnes como forma de ampliar o tempo de consumo desses alimentos.
As aplica��es atuais s�o mais bem estruturadas para atender a uma concep��o moderna de vida. Nos �ltimos cem anos houve aperfei�oamentos das formas de aproveitamento energ�tico. Basicamente, temos duas maneiras de uso direto da energia do sol: atrav�s da luz emitida pelo sol e calor. De forma indireta temos a biomassa, as mar�s, dos ventos, dos oceanos pela diferen�a de temperatura. A necessidade de aproveitamento energ�tico solar se d� pelo fato de que a atual fonte energ�tica petrol�fera estar com os dias contados e a� entraremos em uma problem�tica de ordem planet�ria e uma pergunta surge: "como iremos suprir a demanda de uma sociedade que cresce constantemente?", "Como poderemos armazenar energia para atender a essa demanda?". Estas quest�es t�m que come�ar a ser discutida desde j� e n�o esperar o momento da retirada da �ltima gota de petr�leo do po�o virado uma pe�a de museu como demonstrativo de qual foi a mola propulsora da humanidade por pouco mais de 150 anos.
Tipos de Coletores solares
S�o dispositivos que transformam a luz do sol em calor, que pode ser utilizado para aquecimento de �gua. Para isso aproveitam-se as caracter�sticas dos materiais como emiss�o, absor��o e reflex�o de luz e calor. Todos os corpos irradiam ondas eletromagn�ticas e que dependem da temperatura. � o que denominamos de radia��o t�rmica. Um corpo ideal emite toda a radia��o poss�vel a uma dada temperatura � chamado de corpo negro. O princ�pio de funcionamento dos coletores solares � o efeito estufa. Todo corpo exposto � radia��o tende a se aquecer por absor��o de energia e de acordo com a cor deste corpo este aquecimento se dar� mais ou menos r�pida. Para placas absorvedoras dos coletores � usada a cor preta fosca por possuir maior capacidade de absor��o calor�fica. A luz solar, ao incidir sobre a superf�cie, aquece, mas tamb�m h� uma emiss�o de energia ultravioleta. Para garantir que a energia fique confinada, os coletores solares s�o constru�dos como recipientes na forma de caixas de forma a que haja o m�ximo de aproveitamento dessa energia radiante, como mostra a figura abaixo:
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/eolica.htm(acessado em 07/12/2002)
A energia que irradia da placa absorvedora � retida pela placa de vidro plano proporcionando o denominado efeito estufa, semelhante ao que acontece quando entramos em nosso carro ap�s ficar exposto ao Sol por muito tempo. Este tipo de coletor � mais utilizado para aquecimento de �gua, bastando que se coloque acoplado uma tubula��o na parte interna, pr�ximo � placa absorvedora e que se tenha uma caixa de �gua com isolamento t�rmico para evitar dissipa��o de energia.
Segundo literaturas, a pot�ncia solar estimada � da ordem de 1018cvh ou 7,3.1017kWh. A incid�ncia di�ria de energia solar sobre a superf�cie terrestre � da ordem de 1443 kWh/m2. Ainda falando sobre dados energ�ticos, uma �rea de 42 000 m2 absorve diariamente a energia produzida pelo homem. Entretanto, produzimos muito pouco em rela��o ao que est� dispon�vel, pois a metade dessa energia � refletida para o espa�o pela camada mais externa da atmosfera terrestre, alem de estarmos tecnologicamente aqu�m das necessidades e do alto custo de produ��o. Outro fator � que a energia solar n�o � port�til e n�o pode ser armazenada, ao contr�rio dos combust�veis que s�o utilizados atualmente no mundo.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/solar.htm (acessado em 07/12/2002)
Todo o calor da Terra, exceto o obtido no interior dos �tomos, vem, em �ltima an�lise, do Sol. Al�m de aquecer a Terra, o Sol fornece a energia utilizada pelas plantas na s�ntese do alimento que fornece o combust�vel necess�rio �s fun��es e aos animais que o comem. O calor do Sol produz a evapora��o da �gua dos oceanos, formando as nuvens que caem sob a forma de chuva sobre as montanhas e descendo correm para o mar. O homem coloca turbinas no caminho por onde passa a �gua, transformando sua energia em energia el�trica. Os demais combust�veis utilizados pelo homem como g�s, petr�leo, carv�o e a madeira s�o remanescentes ou produtos de organismos cuja energia original foi derivada do Sol.
������ O carv�o, o g�s natural e o petr�leo, chamados combust�veis f�sseis, t�m reservas limitadas. Talvez a solu��o do problema esteja diante de n�s quando olhamos para o c�u - o pr�prio Sol, que por
milh�es de anos nos tem fornecido sua energia. A luz solar proporciona ao Brasil em cada dois dias energia igual a todas as reservas remanescentes de combust�veis f�sseis. Como utilizar essa energia, entretanto, � que � o problema. Uma vez que ela nos alcan�a de forma t�o difusa. Para transform�-la numa fonte eficiente de energia, ela deve ser captada e concentrada, como numa fornalha solar, processo este que custa muito caro. A escurid�o e o mau tempo tamb�m causam interrup��es constantes na
recep��o da irradia��o regular da energia do Sol. Por conseguinte, as mais importantes aplica��es industriais da for�a solar ainda est�o bem distantes, mas em pequena escala ela j� � utilizada com �xito.
A energia solar pode ser usada de v�rias maneiras. A luz solar pode ser captada por esp�cies de estufas colocadas nos telhados das resid�ncias, que aquecem a �gua que passa por elas atrav�s de serpentinas. Pode ser aproveitada atrav�s de um forno solar, que concentra os raios solares por
meio de espelhos curvos. Ou tamb�m por meio de c�lulas fotovolt�icas, que convertem diretamente a energia solar em energia el�trica. Este processo tem grande aplica��o em sat�lites artificiais.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/solar.htm (acessado em 07/12/2002)
Painel solar
���� O aquecimento da �gua para ser aproveitada nas resid�ncias e feito com uma caixa semelhante a uma estufa, coberta com vidro. A radia��o solar incide na parte transparente do coletor. Parte dessa radia��o atinge a chapa de alum�nio pintada de preto no interior da caixa. A pintura preta aumenta a absor��o da energia incidente.
Fixada � placa de alum�nio encontra-se a tubula��o de �gua. Pelo processo de condu��o, parte do aquecimento da placa � transmitido para a �gua. Uma vez aquecida, a �gua na tubula��o fica menos densa e sobe indo para o reservat�rio. Ao mesmo tempo, a �gua mais fria desce da parte inferior do reservat�rio. A �gua quente, pronta para o consumo, � retirada da parte superior do reservat�rio, e uma nova quantidade de �gua � introduzida na parte inferior.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/solar.htm (acessado em 07/12/2002)
O mesmo princ�pio pode ser utilizado para o aquecimento e refrigera��o de resid�ncias. A casa tem suas paredes de face sul (hemisf�rio norte) pintado de preto �s quais se superp�em paredes de vidro: a radia��o atravessa o vidro e aquece a parede, dando origem a uma coluna ascendente de ar quente entre ambas. Com aberturas convenientes no sistema, o ar pode circular no interior da casa, aquecendo-a ou resfriando-a. Como a parede ret�m o calor por v�rias horas, o sistema continua a funcionar durante a noite e nos per�odos nublados do dia.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/solar.htm (acessado em 07/12/2002)
Forno solar
Um exemplo de aplica��o do forno solar est� em Odeillo, nos Pirineus franceses, um
colossal espelho parab�lico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edif�cio de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcan�ar temperaturas de at� 3.800� C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de di�metro numa chapa de a�o de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/solar.htm (acessado em 07/12/2002)
C�lulas solares fotovoltaicas
�������� A energia solar � usada tamb�m na gera��o
cont�nua de eletricidade. Para isso utilizam-se as "c�lulas solares", desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em sat�lites artificiais. Apresentam uma efici�ncia de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As c�lulas solares s�o semicondutores constitu�dos de cristais de sil�cio nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou ars�nio). Com isso, formam-se no condutor regi�es de tipo N
e do tipo P, com propriedades diferentes: na regi�o N h� excesso de el�trons enquanto na regi�o P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por el�trons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus el�trons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente cont�nua.
Se a utilidade das c�lulas solares � grande nos sat�lites artificiais, o mesmo n�o pode ser dito em rela��o �s aplica��es terrestres, pois elas n�o possuem capacidade de armazenamento, os custos de
sua fabrica��o s�o bastantes elevados e apresentam uma efici�ncia de convers�o muito baixa. Para operar um aquecedor el�trico de 500 W, por exemplo, seriam necess�rios 2,5 m2 de c�lulas, mesmo que sobre elas incidisse a radia��o m�xima do Sol.
Energia E�lica
Introdu��o
O uso da energia e�lica � muito antigo, e o homem j� utilizava como forma de convert�-la em trabalho �til. A principal mola propulsora da coloniza��o europ�ia foram as naus movidas a vento. O fen�meno de forma��o de ventos se d� pelo aquecimento desigual que ocorre na superf�cie do planeta Terra. A massa de ar que se apresenta com maior temperatura diminui sua densidade. Essa massa de ar sobe na atmosfera. O espa�o deixado pela massa � ocupado por uma massa de ar de maior densidade e menor temperatura, ocorrendo assim, uma movimenta��o de massas. Esta movimenta��o de massas de ar caracteriza a convec��o t�rmica, isto �, o vento, que n�s sentimos em nossa pele e que tem energia aproveit�vel. A� entra a pergunta: e o vento tem energia? Tem sim. O conceito f�sico de energia se refere ao movimento. Tudo que tem movimento possui energia. A energia est� na natureza sob diversas formas e uma delas � a que n�s estamos discutindo aqui, a ENERGIA E�LICA. A energia e�lica pode ser convertida de em energia �til por dois tipos de sistemas bem definidos:
- Um de simples constru��o, o "moinho de vento", que a civiliza��o usa h� mais de 300 anos para produ��o de energia mec�nica. S�o aqueles moinhos que s�o caracter�sticos dos pa�ses baixos como a Holanda.
- O outro, mais modernos, e com um melhor aproveitamento da energia e que serve para produzir energia el�trica, s�o os aerogeradores.
Mas n�o s� na forma de moinhos e aerogeradores encontramos sistemas de aproveitamento de energia e�lica. Um exemplo marcante na hist�ria da humanidade foram as caravelas e naus, que desbravaram os mares para explorar regi�es muito distantes. E assim se deu o processo de explora��o das col�nias portuguesas e espanholas, e mais tarde inglesas, francesas, holandesas, etc.
�������������� Disponibilidade da Energia E�lica
A disponibilidade de energia e�lica est� ligada a diversos fatores, dentre os quais, f�sicos e geol�gicos. A forma��o da energia e�lica se d� devido � diferen�a de aquecimento da superf�cie terrestre. Isto acontece por v�rios motivos. Um deles � a inclina��o do eixo terrestre, fazendo com que os raios solares cheguem inclinados � superf�cie.
�//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/eolica.htm (acessado em 07/12/2002)
Na figura acima podemos ver o efeito dessa inclina��o, que � um fator determinante para a defini��o das esta��es do ano. Portanto, a disponibilidade de energia e�lica � vari�vel de v�rias maneiras: depende da hora do dia, da esta��o do ano, e de outros aspectos clim�ticos. A diferencia��o de aquecimento da superf�cie modifica a densidade do ar (por densidade, defini-se a rela��o entre a massa e o volume ocupado pela mesma). O ar mais quente � menos denso e sobe na atmosfera. O vazio deixado por ele � ocupado por uma massa de ar mais frio, que possui maior densidade. Esta diferen�a proporciona um deslocamento de massas denominado correntes de convec��o. O movimento das massas � dotado de um tipo de energia denominada Energia Cin�tica, expressa pela equa��o abaixo:
Onde v � a velocidade do vento e m a massa de ar que passa por uma �rea a varrida pelas p�s em rota��o. A massa, por sua vez, deve ser obtida, pela equa��o:
������ onde a � a �rea, � a densidade do ar e v � a velocidade do vento.
Essa equa��o da energia � obtida a partir das leis de Newton. Entretanto, a energia e�lica n�o pode ser totalmente convertia em energia aproveit�vel, assim como em qualquer processo de convers�o de uma energia em outra.
Para medir a velocidade do vento, s�o utilizados os anem�metros, que s�o dispositivos semelhantes a um moinho de vento (do grego anem�s=vento, metros=medidor). Com a velocidade, podemos estimar a pot�ncia dispon�vel pela equa��o:
Onde P � pot�ncia em quilowatt por metro quadrado e v � a velocidade do vento em metro por segundo.
Um detalhe a respeito desta equa��o � proporcionalidade ao cubo, o que faz com que, para pequenas redu��es na velocidade do vento, h� uma grande perda de pot�ncia. O rendimento de um gerador e�lico � expresso pela rela��o entre a velocidade da ponta da p� e a velocidade do vento.
Outro fator que influencia o aproveitamento da energia e�lica � o tipo de rotor. O rotor com duas p�s tem um melhor desempenho que um rotor de mais p�s e, para cada tipo de rotor h� uma velocidade m�nima para operar, onde abaixo dela o rotor n�o inicia a opera��o, devido a perdas de energia, principalmente por atrito.
A estimativa da velocidade do vento tem que levar em considera��o a altitude, pois ela aumenta em fun��o da altura em rela��o ao solo, de acordo com a f�rmula abaixo:
V - velocidade do vento � altura h; Vo - velocidade do vento � altura ho de refer�ncia; - coeficiente do perfil do vento � vertical, tendo como valores referenciais 0,16 para terrenos planos; 0,28 para terrenos acidentados e arborizados; 0,40 para as cidades.
As correntes de vento s�o influenciados pelas condi��es geogr�ficas relacionadas abaixo:
1- As melhores condi��es s�o observadas nos litorais e no mar, com diminui��o a partir de 1 km do litoral para o interior;
2- Segue-se como melhores lugares as montanhas;
3- As plan�cies possuem os mais baixos n�veis de incid�ncia de ventos.
O clima � um outro par�metro importante para a estimativa de incid�ncia de ventos, tendo na regi�o equatorial �mida uma regi�o praticamente sem vento, mesmo no mar ou litoral. Em climas quentes a energia e�lica convers�vel � boa, bem como nos climas quentes ou secos. Em pa�ses quentes e ventosos, a energia e�lica n�o pode ser aproveitada devido � incid�ncia de ciclones.
O homem vive num oceano de energia. Ao redor dele a natureza trabalha constantemente, expendendo energia em t�o inesgot�veis quantidades que dela o homem pode aproveitar apenas uma fra��o. As quedas de �gua poderiam proporcionar for�a hidrel�trica suficiente para suprir 80% da energia total consumida pelo homem, embora ele use apenas 1 ou 2% dela. Se os ventos fossem dominados, eles poderiam produzir duas vezes mais eletricidade do que a for�a da �gua o faz agora.A atmosfera da Terra age como uma gigantesca m�quina t�rmica. Os raios do Sol, mais fortes no equador do que nas regi�es polares, causa o aquecimento do ar tropical que se eleva, cedendo lugar ao ar polar mais frio que se move para tomar-lhe o lugar. Esse fluxo � constantemente perturbado pela rota��o da Terra e por condi��es atmosf�ricas locais. O resultado � o vento. Esta for�a pode criar o sopro de uma ventania �rtica, ou, ainda, a pavorosa f�ria de um ciclone de 800 km por hora. Embora imprevis�vel e inconstante, mesmo assim o vento tem sido importante fonte de energia para o homem. Durante s�culos o vento impeliu navios � vela e moveu moinhos.
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Os moinhos de vento foram inventados na P�rsia no s�culo V. Eles eram usados para bombear �gua para irriga��o. Os mecanismos b�sicos de um moinho de vento n�o mudaram desde ent�o: o vento atinge uma h�lice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade.
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As h�lices de uma turbina de vento s�o diferentes das l�minas dos antigos moinhos porque s�o mais aerodin�micas e eficientes. As h�lices t�m o formato de asas de avi�es e usam a mesma aerodin�mica. As h�lices em movimento ativam um eixo que est� ligado � caixa de mudan�a. Atrav�s de uma s�rie de engrenagens a velocidade do eixo de rota��o aumenta. O eixo de rota��o est� conectado ao gerador de eletricidade que com a rota��o em alta velocidade gera energia el�trica.
//geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/eolica.htm(acessado em 07/12/2002)
Os ventos quase incessantes de todo o litoral brasileiro, at� agora aproveitados apenas para bombear �gua, em
cataventos r�sticos, passar�o a ser usados para gerar energia el�trica. As pesquisas nessa �rea v�m sendo realizadas pelo Centro Brasileiro de Testes de Turbinas E�licas (CBTTE), ligado a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Estima-se que at� 2005 o pa�s deva ter 1.600 turbinas e�licas.
A energia e�lica � atraente por n�o causar danos ambientais, e ter custo de produ��o baixo em rela��o a outras fontes alternativas de energia.
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