O Sol: fonte de energia
O Sol é a
fonte de energia com maior potencial para suprir a crescente demanda energética
em todo o mundo. Podemos aproveitar diretamente a sua oferta, o que ajuda, inclusive,
a enfrentarmos os efeitos adversos causados pelas mudanças climáticas – um
fenômeno acelerado pela queima de combustíveis fósseis, como o carvão e o
petróleo.
A
radiação solar que chega à terra pode ser dividida em duas componentes: radiação
direta e radiação difusa.
A
radiação direta é a parte da radiação solar que não sofre nenhum desvio pela
atmosfera, vindo diretamente do sol. Ela pode ser concentrada com uma lupa e é
devido a sua presença que existem sombras bem definidas em dias ensolarados. A
radiação direta é a componente mais importante para a tecnologia heliotérmica.
A
radiação difusa, por sua vez, é aquela que alcança a superfície da Terra vindo
de todas as direções, após ter sido dispersada pelas moléculas, partículas e
nuvens presentes na atmosfera. A radiação difusa pode ser interpretada como a
claridade do céu quando o sol está totalmente encoberto por nuvens e é
aproveitada pela tecnologia fotovoltaica.
Algumas
curiosidades:
A energia solar recebida pela Terra é cerca de
5 mil vezes maior do que o consumo mundial de eletricidade e energia
térmica somados
- energia solar que chega a Terra em um ano é cerca de 35 vezes maior do que as reservas mundiais
- de petróleo, carvão, gás natural e urânio somadas.
- Em um ano, A Terra recebe 80 mil vezes mais energia do Sol do que todas as outras fontes renováveis somadas podem produzir no mesmo período.
O
aproveitamento direto da energia do sol pode ser realizado por meio de uma
variedade de tecnologias; uma delas é a heliotérmica.
O que é Energia Heliotérmica?
Energia Heliotérmica,
também conhecida como Concentrating Solar Power (CSP), é o processo de uso e
acúmulo do calor proveniente dos raios solares. Para que isso aconteça,
espelhos são usados para refletir a luz solar e concentrá-la num único ponto,
onde há um receptor. Dessa forma, grande quantidade de calor é acumulada e
usada tanto para processos industriais que demandam altas temperaturas como
para gerar eletricidade.
A geração elétrica
heliotérmica acontece de forma indireta: antes de virar energia elétrica, o
calor do Sol é captado e armazenado para, depois, ser transformado em energia
mecânica e, por fim, em eletricidade. O calor captado aquece um líquido que
passa pelo receptor, chamado de Fluido Térmico. Esse líquido armazena o
calor e serve para aquecer a água dentro da usina e gerar vapor. A partir daí,
a usina heliotérmica segue os mesmos processos de uma usina termoelétrica: o
vapor gerado movimenta uma turbina e aciona um gerador, produzindo, assim,
energia elétrica.
As aplicações
heliotérmicas têm uma característica que as distingue de todas as energias
intermitentes: a possibilidade de incorporar um armazenamento térmico. Isso significa que
uma parte da energia do Sol é estocada em forma de calor e, quando o Sol gera
mais energia do que a usina ou indústria é capaz de utilizar, uma parte dela
pode ser guardada num depósito térmico à parte. Além disso, ainda é
possível integrar as
tecnologias heliotérmica com outras fontes de energia, assegurando
a geração em qualquer cenário e também do uso do calor para outros processos industriais.
Regiões com baixa
presença de nuvens, altos níveis de radiação solar e terrenos planos
caracterizam o cenário
ideal para a implantação de um projeto heliotérmico. O Brasil
é, portanto, um país com rico potencial, principalmente na região Nordeste e em
parte das regiões Centro-Oeste e Sudeste. Além disso, a instalação de uma usina
heliotérmica em áreas áridas promove o desenvolvimento da região, cria postos
de trabalho diretos na construção e manutenção da planta heliotérmica e postos
indiretos nas indústrias fornecedoras para o novo mercado. (fonte: http://energiaheliotermica.gov.br/).
Exercício Resolvido
O Sol representa uma
fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode
ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em
trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação – potência solar
incidente na superfície da Terra – seja de 800 watts/m2. Uma usina termossolar utiliza
concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de
extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície
parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o
óleo contido em seu interior a 400°C. O calor desse óleo é transferido para a
água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma
turbina acoplada a um gerador de energia elétrica. Considerando que a distância
entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de
largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m2
de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal.g-1.°C-1
= 4.200 J.kg-1.°C-1,
então qual seria o comprimento linear do refletor parabólico necessário para
elevar a temperatura de 1 m3
(equivalente a 1 tonelada) de água de 20 °C para 100 °C?
Apesar de parecer complicado é um exercício simples.
Da equação
fundamental da calorimetria (que vimos no primeiro bimestre) temos Q = m.c.ΔT
(onde m é a
massa de água, isto é 1000 kg (1 ton), c é o calor específico da água e ΔT é a
variação de temperatura ΔT = 100°C – 20°C = 80 °C)
Q =
1000.4200.80 (oberve que expressamos o calor específico em J.kg-1.°C-1 no lugar de cal.g-1.°C-1)
Q = 336 x 106
J
A potência P
será dada por P = Q/Δt (como já vimos
anteriormente), então P = 336.106J/3600s
P = 9,3.104
W (W é a unidade de medida em
Watts)
Para uma
largura de 6m e comprimento linear x, temos uma área A = 6x:
1 m2
........................... 800W
x m2
......................... 9,3.104
6x = 9,3.104/800
x ≅ 19 m (aproximadamente de 19 metros deve ser o
comprimento do espelho refletor).
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